Se vuoi capire perché alcuni castelli di sabbia sono alti e hanno strutture intricate mentre altri sono grumi di sabbia quasi informi, è utile avere un background in ingegneria geotecnica.

In qualità di docente di ingegneria geotecnica, utilizzo i castelli di sabbia in classe per spiegare come le interazioni tra suolo, acqua e aria permettano di ricostruire paesaggi dopo l'estrazione di metalli fondamentali per la transizione energetica.

Costruire un castello di sabbia si riduce al giusto mix di questi tre ingredienti. La sabbia fornisce la struttura, ma è l'acqua tra i granelli di sabbia che fornisce la forza, in questo caso l'aspirazione, che tiene insieme la sabbia. E senza la giusta quantità d'aria l'acqua spingerebbe via i granelli di sabbia.

Non una sabbia qualsiasi

I granelli di sabbia, secondo il sistema di classificazione del suolo unificato dell'ente ASTM International, sono particelle di terreno con un diametro compreso tra 0,003 pollici (0,075 mm) e 0,187 pollici (4,75 mm). Le sabbie, per definizione, hanno almeno la metà delle loro particelle in quell'intervallo. Il limo o l'argilla è terreno con particelle più piccole della dimensione della sabbia. E il terreno con particelle più grandi della dimensione della sabbia è ghiaia.

La dimensione delle particelle, o granelli, determina anche l'aspetto e la sensazione della sabbia. I granelli di sabbia più piccoli hanno una consistenza quasi simile allo zucchero a velo. I chicchi più grandi sono più simili alle dimensioni di piccole lenticchie secche.

La maggior parte della sabbia funzionerà per costruire un castello di sabbia, ma la sabbia migliore ha due caratteristiche:granelli di sabbia di diverse dimensioni e granelli con bordi spigolosi o ruvidi. La variazione della dimensione del grano consente ai granelli di sabbia più piccoli di riempire le tasche, o pori, tra i granelli di sabbia più grandi. Il risultato è una maggiore resistenza alla sabbia.

I granelli di sabbia che sono più spigolosi, con spigoli vivi, si bloccano meglio insieme, rendendo il castello di sabbia più forte. È lo stesso motivo per cui una pila di blocchi di legno angolari rimarrà in una pila, ma una pila di biglie andrà ovunque.

Questo è anche il motivo per cui, sorprendentemente, la sabbia migliore per i castelli di sabbia non si trova in genere su un'isola o su una spiaggia costiera. Granelli di sabbia più spigolosi si trovano solitamente più vicino alle montagne, la loro fonte geologica. Questi granelli di sabbia non hanno ancora i bordi arrotondati dal vento e dall'acqua. I costruttori professionisti di castelli di sabbia arriveranno al punto di importare sabbia di fiume per le loro creazioni.

Infine, più vicini sono i granelli di sabbia, più forte sarà la sabbia. Premendo saldamente la sabbia bagnata, mediante compattazione o tamponamento, comprime i granelli di sabbia insieme, diminuendo la dimensione dei pori e aumentando l'effetto che l'acqua può avere. La compattazione aumenta anche l'incastro della granella e, di conseguenza, la resistenza alla sabbia.

L'acqua è fondamentale

Senza acqua, la sabbia forma solo un mucchio. Troppa acqua e sabbia scorre come liquido. Ma tra sabbia secca e sabbia satura si trova un'ampia gamma di livelli di umidità che consentono la costruzione di castelli di sabbia.

L'acqua è coesa, il che significa che l'acqua ama attaccarsi all'acqua. Ma l'acqua si attacca o si arrampica anche su determinate superfici. Guarda un bicchiere d'acqua mezzo pieno e vedrai l'acqua salire un po' all'interno del bicchiere. La gravità trattiene ancora l'acqua nel bicchiere, ma l'acqua sta cercando di arrampicarsi e bagnare la superficie. Questa piccola lotta per il potere è ciò che rende possibili i castelli di sabbia.

Proprio dove l'aria e l'acqua si incontrano, c'è tensione superficiale. L'interfaccia aria-acqua tira verso il basso, cercando di tenere insieme l'acqua contro le forze concorrenti di bagnatura superficiale, coesione e gravità. La tensione superficiale unisce l'acqua come la pelle tesa di un palloncino. E la tensione superficiale unisce anche i granelli di sabbia.

Se il bicchiere fosse molto più magro, come una cannuccia, l'acqua salirebbe più in alto e avrebbe una tensione superficiale maggiore. Più stretta è la paglia, più l'acqua salirebbe. Questo fenomeno è chiamato capillarità.

L'acqua si comporta allo stesso modo nella sabbia bagnata. I pori, o spazi, tra i granelli di sabbia sono come un mucchio di minuscole cannucce. L'acqua forma piccoli ponti tra i grani. L'acqua in questi ponti è in tensione, tirando insieme i grani da una forza che noi ingegneri geotecnici chiamiamo sforzo di aspirazione.

Acqua appena sufficiente

La quantità di acqua nella sabbia controlla le dimensioni e la forza dei ponti d'acqua. Troppa poca acqua equivale a piccoli ponti tra i granelli di sabbia. Più acqua e le dimensioni e il numero dei ponti crescono, aumentando l'aspirazione che tiene insieme i granelli di sabbia. Il risultato è una perfetta sabbia da castello di sabbia.

Troppa acqua, però, e l'aspirazione è troppo debole per tenere insieme la sabbia.

Una regola generale per costruire grandi castelli di sabbia è una parte di acqua ogni otto parti di sabbia secca. In condizioni ideali in un laboratorio, tuttavia, con sabbia densa ed evaporazione zero, una parte di acqua ogni cento parti di sabbia secca può produrre meraviglie. In una spiaggia, la sabbia con il giusto livello di umidità si trova vicino alla linea di alta marea quando la marea è bassa.

Per inciso, il sale dell'acqua di mare può anche essere un vantaggio per la stabilità dei castelli di sabbia. Le forze capillari tengono insieme i granelli di sabbia inizialmente, ma l'acqua capillare alla fine evaporerà, in particolare in una giornata ventosa. Quando l'acqua di mare si asciuga, il sale rimane. Poiché l'acqua di mare formava ponti tra i grani, il sale cristallizza in questi punti di contatto. In questo modo, il sale può mantenere un castello di sabbia in piedi molto tempo dopo che la sabbia si è asciugata. Ma attenzione a non disturbare la sabbia legata al sale; è fragile e pieghevole.

Per costruire un forte castello di sabbia, compatta la sabbia e un po' d'acqua il più strettamente possibile. Preferisco creare un tumulo denso e poi scavare e ritagliare per rivelare l'arte all'interno. Puoi anche compattare la sabbia in secchi, tazze o altri stampi e costruire da zero. Assicurati solo di rendere la sabbia densa e posiziona lo stampo su una base compatta. Le mani sono sia un ottimo strumento di compattazione che di intaglio, ma una pala o una conchiglia consentiranno una maggiore precisione. Divertiti e non aver paura di diventare sabbioso! + Esplora ulteriormente

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Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.