이집트 기자의 대피라미드는 4,500년이 넘는 역사를 가지고 있습니다. 많은 강한 지진으로 외부 석재 외장만 손상되었으며 주요 구조는 거의 손상되지 않았습니다. 이는 내진성의 신비에 대해 오랫동안 학문적 관심을 불러일으켰습니다. 이집트 지구물리학자 Asem Salama와 동료들의 새로운 연구에서는 환경 소음의 진동 특성을 측정하여 지진 시 피라미드의 동적 거동의 일부를 밝히고 "자연 주파수 불일치"가 피라미드의 장기적인 생존에 중요한 요소 중 하나일 수 있다고 제안합니다.

연구팀은 외력을 가하지 않고 자연환경에서 피라미드의 미세한 진동을 실험한 결과, 피라미드의 '자연진동수'(즉, 구조가 진동을 '선호'하는 주파수)가 주로 약 2.0~2.6Hz 사이에 집중되는 반면, 피라미드가 위치한 기초 토양층의 주주파수는 약 0.6Hz인 것을 확인했다. 둘 사이에는 상당한 차이가 있습니다. 연구진은 이러한 '주파수 불일치'가 지진파가 피라미드와 기초 사이에 효과적인 공명을 형성하는 것을 어렵게 만들어 에너지 전달을 약화시키고 구조적 증폭 효과를 감소시킬 수 있다고 지적했습니다.

기사에서는 스윙 스윙의 비유를 사용합니다. 미는 빈도가 스윙의 고유 리듬과 일치하면 스윙이 빠르게 증폭됩니다. 그렇지 않으면 중요한 효과를 생성하기 어려울 것입니다. 지진에 대한 건물의 반응도 비슷합니다. 지면 진동 주파수가 건물의 고유 주파수에 가까우면 공진하기 쉽고 치명적인 손상을 일으킬 수 있습니다. 기자의 대피라미드는 기초 토양과 진동수 차이가 커서 이러한 위험을 어느 정도 줄여줍니다.

이 연구는 또한 피라미드 내부의 "왕의 방" 위의 다층 "감압실" 근처에서 상대적으로 낮은 진동 수준이 측정되었음을 지적했습니다. 이 석실은 위쪽에 있는 거대한 돌의 무게를 분산시키기 위해 사용된 것으로 생각되며, 구조적 배치가 피라미드 내부의 진동 에너지 전파 경로에 영향을 미쳐 일부 지역의 진동을 약화시킨 것으로 보인다.

연구팀은 이러한 데이터를 얻기 위해 바람, 교통, 인간 활동, 자연 지진 배경 소음으로 인한 극히 작은 진동을 기록하여 토양과 구조물의 주요 주파수를 분석하는 소위 "수평-수직 스펙트럼 비율"(HVSR) 방법을 사용했습니다. 피라미드는 중요한 문화유산이기 때문에 엔지니어는 현대식 교량이나 고층 빌딩처럼 대규모로 센서를 뚫거나 로드하거나 배치할 수 없으므로 HVSR은 문화 유물을 파괴하지 않고 중요한 정보를 얻는 데 적합한 도구입니다.

연구진은 내부 통로, 외부 돌, 주변 토양층을 포함하여 피라미드 내부와 외부에 총 37개의 측정 지점을 설정하여 서로 다른 위치의 진동 특성을 비교했습니다. 그러나 저자는 이 방법은 약한 환경 진동 하에서의 반응만을 반영할 수 있을 뿐이며 강한 지진 조건에서의 실제 성능과 직접적으로 동일할 수는 없음을 강조했다. 후자는 석재 균열, 조인트 열림 및 블록 미끄러짐과 같은 비선형 동작을 유발하여 구조의 고유 기간을 변경시킬 수 있습니다.

이 기사는 피라미드의 수명이 단순히 "고대 이집트인들이 체계적인 내진 공학을 숙달했다"는 직접적인 증거로 간주되어서는 안 된다는 점을 대중에게 상기시킵니다. 현대 내진 설계는 단일 주파수 매개변수가 아닌 전반적인 인성을 평가합니다. 엔지니어는 예상되는 지진 강도, 현장 토양 품질, 구조적 무게 및 유연성, 에너지 소산 및 변형 용량, 고장 결과와 같은 여러 요소를 고려해야 합니다.

현대 엔지니어링 실무에서는 기초와 상부 구조 사이에 주파수 불일치가 있더라도 건물은 지진에 여전히 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 1992년 카이로 규모 5.8 지진과 1989년 호주 뉴캐슬 지진에서 발생한 일부 건물의 실제 피해는 이러한 복잡성을 반영합니다. 대 피라미드와 같은 석조 건물의 경우, 강한 지진이 발생하는 동안 석재의 균열, 전위 및 강성 저하로 인해 빈도가 동적으로 변경되어 구조적 거동을 예측하기가 더욱 어려워집니다.

저자는 통계의 '생존자 편향' 사례도 비유한다. 제2차 세계대전 당시 장갑 장착을 위한 전투기 위치 선정이 귀환 항공기의 총알 구멍 분포만을 기준으로 했다면, 핵심 부품에 총격을 받아 귀환하지 못한 항공기는 무시될 것이다. 마찬가지로, 오늘날에도 여전히 남아 있는 고대 피라미드, 수로 및 사원은 종종 역사에 의해 가려진 수많은 실험 실패, 취약한 기초 및 열악한 세부 설계의 생존자입니다. 따라서 기존 사례만으로는 고대인의 완전한 디자인 의도를 유추할 수 없습니다.

그럼에도 불구하고 저자는 대 피라미드의 생존이 결코 순전히 우연이 아니라 상당히 성숙한 경험적 공학적 판단이 반영된 것이라고 믿습니다. 공학적 관점에서 볼 때, 그것은 넓은 기반, 낮은 무게 중심, 층별 모양, 평면의 높은 대칭성, 견고한 석회암 기반 및 연속적이고 두꺼운 석조 힘 전달 경로를 갖추고 있습니다. 일반적으로 키가 크고 부드럽고 가늘고 연약한 형태보다는 짧고 단단하며 안정된 형태의 특징을 나타낸다.

기사는 가장 안전한 결론은 고대 이집트 건축자들이 장기적으로 실천하면서 탁월한 구조적 선택을 했다는 것이라고 지적합니다. 이러한 선택은 건축 경험, 물질적 한계, 종교적, 문화적 필요 또는 상징적 의미로 인해 발생할 수 있으며, 내진 혜택은 의도치 않게 "부수적 혜택"을 얻게 됩니다. 그러므로 대피라미드의 생존은 신비한 힘의 결과도 아니고 고대인들이 현대적 의미의 내진 설계를 체계적으로 숙달했다는 증거도 아닙니다. 그러나 이 연구는 구조적 거동을 이해하는 데 여전히 중요하고 존경할 만한 경험적 기초를 제공하는 동시에 추가 탐구를 위한 일련의 공개 질문을 남겨두고 있습니다.