Hledat
Mapa cennemovitostí v ČR
Všechna témata

Hrady z písku pod mikroskopem: Za dětskou zábavou se skrývají inženýrské znalosti

Prázdniny utekly jako voda, ale teplé počasí ještě nekončí, a proto je ten správný čas na otázku: Už jste letos postavili hrad z písku? Není to banalita nebo dětská hříčka. Je to ukázka geo-technického inženýringu v praxi. Abyste toto umění vypilovali k dokonalosti, je třeba nejprve pochopit, na základě čeho voda, vzduch a písek vytváří pevné struktury.
Zdroj: AdobeStock.com - innafelker

Stavba hradu z písku spočívá ve správné kombinaci těchto tří složek. Písek poskytuje funkční strukturu, ale je to voda mezi zrnky písku, která jí poskytuje sílu, drží písek pohromadě. A bez správného množství vzduchu by voda zrnka písku od sebe jen odtlačila. Správný mix této stavební trojice je důvodem, proč někde vidíte obří a komplikované stavby soudržných tvarů, a jinde jen hromady a kupy, jež stěží snesou vyhloubený tunel.

Porozumět tomu, jak se vzájemné působení půdy, vzduchu a vody ovlivňuje, je základní kapitolou pro studium (nejen přírodních) staveb, ale širokou využitelnost má při rekultivacích nebo obnově půdy po těžbě. U ní se bohužel často ukazuje, že si její tvůrci hrají rádi, ale ani s hrady z písku jim to moc nikdy nešlo. Každé dílo si totiž žádá ty správné suroviny a ingredience, a dobrý hrad nevznikne z jakéhokoliv písku.

Zdroj: AdobeStock.com - emojismileyspeople

Není písek jako písek

Písečná zrnka jsou podle standardů jednotného systému klasifikace půd ASTM International částice půdy o průměru od 0,075 mm až po 4,75 mm. A aby byl písek pískem, musí mít alespoň polovinu částic svého objemu v tomto rozmezí. Hlína nebo jíl má nadpoloviční průměr částic menší, substrát s většími částicemi je pak štěrk. Písek umí být jemný jako moučkový cukr a občas jsou jeho zrnka velká skoro jako suchá čočka. Jaký ale potřebujeme ke stavbě hradu z písku?

Se dvěma vlastnostmi. Jednou z nich je rozmanitost velikostí zrnek, pestrost. Mix malých a větších, nepatrných a velkých. A pak je jeho hrubost, drsnost. Pod mikroskopem jsou taková zrníčka neohlazená, ale plná zlomů, hran. K čemu je to dobré? Různá velikost zrn umožňuje menším zrnům písku vyplnit kapsy nebo póry mezi většími zrny písku. Výsledkem je zvýšená pevnost písku. Zrnka písku, která jsou více hranatá, s ostrými rohy, se také lépe spojují, takže hrad z písku je pevnější.

Je to – v náznaku – jako rozdíl mezi dřevěnými kostkami a kuličkami. Když to má hrany, dá se to skládat a pasivně to drží „samo“ pohromadě. Což je ten hlavní důvod, proč ten úplně nejlepší písek pro stavbu hradů z písku většinou nenajdeme na prosluněné ostrovní pláži. Písek je tu už dávno ohlazený do oválů a kuliček. Moře, které se vyvrhnulo na souš mezi slunečníky, ho už svými silami předlouho formovalo. Zdroj kvalitního písku pro stavby se nachází spíš v řekách.

Zdroj: AdobeStock.com - nevenm

Ty totiž odnáší písek, vymletou a erodovanou směs, přímo ze zdroje. Ze skal a hor. Ty jsou jejich přirozeným geologickým zdrojem. Tato zrnka písku ještě nemají zaoblené hrany vlivem větru a vody. Za takovou sedimentovanou říční naplaveninou se sjíždějí nejen profesionální stavitelé hradů z písku, ale taky dodavatelé stavebních firem. Kvalitní písek je kriticky nedostatkový zdroj: písku sice máme nemalou rozlohu pouští, ale stavět se z něj nedá.

Voda je klíč

Čím blíž k sobě mají jednotlivá zrna písku, tím je výsledná struktura pevnější. Zhutněním dojde ke zmenšení velikosti pórů, zvýší se propojenost hmoty. A současně s tím taky nebývale naroste význam vlhkosti, respektive vody. Chce to ale to správné množství vody. Úplně bez ní tvoří písek jen přesyp, dunu, hromadu. Když je jí moc, písek teče. Mezi suchým a vodou nasyceným pískem se ale nachází široká škála vlhkostí, která umožňuje stavbu hradů. 

Vyhneme příliš odborné fyzice kapalin, povídání o viskozitě. Jen trochu zmíníme kapilaritu a povrchové napětí (opravdu jen trochu). Radši řekneme, že voda je soudržná. To (zjednodušeně) znamená, že se ráda drží vody. Voda se však také lepí na určité povrchy, umí po nich vzlínat, šplhat, smáčet. A přesně tam, kde se vzduch a voda setkávají, působí povrchové napětí. Rozhraní vzduchu a vody táhne vodu směrem dolů, a snaží se ji udržet pohromadě proti soupeřícím silám smáčení povrchu, soudržnosti a gravitaci.

Povrchové napětí stahuje vodu k sobě, skoro „do sebe“. A současně také, ve vašem velkolepém stavebním záměru, k sobě přitahuje zrnka písku. Je tu ale ještě drobnost, další síla. Kapilární jevy. Řekněme, že v hodně tenkém brčku ve sklenici vystoupá voda výš, než v brčku širokém. To známe. Ale ona se stejně se chová i ve vlhkém písku. Póry neboli prostory mezi zrnky písku jsou jako svazek velmi malých brček. A voda mezi těmito zrnky vytváří drobné můstky. Voda v těchto můstcích je pod napětím a táhne zrna k sobě silou. Sacím napětím (sacím tlakem).

Množství/kvantita vody v písku určuje velikost a pevnost těchto vodních mostů. Příliš málo vody znamená malé mosty mezi zrnky písku. Pokud je vody více, velikost a počet můstků se zvětšuje, čímž se zvyšuje napětí, které drží zrnka písku pohromadě. Výsledkem je dokonalý písek pro stavbu hradů z písku. Ale všeho musí být tak akorát. Pokud je však vody příliš mnoho, vazba sil nebude dost silná na to, aby udržela písek pohromadě.

Kouzlo dokonalosti

Obecná poučka pro stavbu skvělých hradů z písku je jeden díl vody na osm dílů suchého písku. Pochopitelně, že když máte k dispozici geo-technickou laboratoř (s nulovým odpařováním a ideálním pískem), můžete i z poměru 1:100 tvořit zázraky. V reálných podmínkách se ale vyplatí hledat „už namíchaný“ stavební písek. Na pláži se takový písek nachází v blízkosti čáry přílivu, když je zrovna odliv.

Plážový písek má sice k ideálu daleko, ale použít se dá. Trochu tu pomáhá i sůl z mořské vody. Má přínos pro celkovou stabilitu. Kapilární síly, sací napětí/tlak drží zrnka písku zpočátku pohromadě, ale kapilární voda se nakonec vypaří. Zvlášť za slunečného dne, a když fouká vítr. Když ale mořská voda vyschne, zůstane po aspoň ní sůl. A protože mořská voda vytvářela mezi zrny mosty, sůl v těchto styčných bodech krystalizuje.

Tímto způsobem může sůl udržet hrad z písku v jednom tvaru dlouho poté, co písek vyschne. Dávejte však pozor, abyste písek spojený solí nenarušili; je křehký a rozpadá se. Chcete-li postavit pevný hrad z písku, zhutněte písek 1:8 s vodou co nejtěsněji. Písek můžete také zhutnit v kbelících a bábovičkách. Jeho stlačení, zhuštění, je důležité pro vytvoření nosné konstrukce, středu. Ruce jsou dobré pro stlačení a ohlazování, ale nejvyšší přesnosti při tvorbě detailů dosáhnete lopatkou.

Ať se dílo podaří.

Rekordy ze světa staveb z písku

Zatím nejvyšší hrad z písku, zapsaný i do Guinessovy knihy rekordů, vyrostl v červnu 2021 na pobřeží u dánské vesničky Blokhus. Na výšku měřil 21,16 metrů, základnu měl 32 metrů širokou. Dohromady jej tvořilo 4860 tun písku, a na jeho stavbě se podílela třicítka profesionálů. Dánové si s pískem hrají rádi. V současnosti drží ještě rekordy za nejvyšší počet vystavěných hradů z písku v průběhu jediné hodiny (týmový rekord, celkem bylo zbudováno 2230 hradů), a také rekord za nejdelší skulpturu vytvořenou z písku. Ta na délku měla stěží uvěřitelných 27,3 kilometrů. Budovat „délku“ z písku je ale mnohem snazší, než jít do výšky. Stavět hrady je umění.

Zdroje:
ASTM International  PhysicsWorld.com   NatureMaterials  NaturePhysics
Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering

Sdílet / hodnotit tento článek

Související témata

Přečtěte si více k tématu Stavba

Foto: Petr Polák

Z původní truhlárny a staré školy vznikl nový bytový dům

Bytový dům vznikl na základu strženého jižního objektu bývalého areálu truhlárny. Třípodlažní objekt s průběžnými balkóny je reakcí na původní urbanismus a vzhled areálu. Další budova bývalé školy dala za vznik mezonetovému bydlení se samostatnou zahrádkou a vlastním vstupem.

Foto: Matej Hakár

Strohá čtvercová dispozice domu přináší nečekané možnosti a bonusy

Už při prvním pohledu je zřejmé, že elementární kulisy fasád, které ohraničují čtvercový půdorys domu, zároveň ukrývají členitou organickou vnitřní strukturu. Klasické schéma kompaktního domu, rozšířeného o terasy, nahrazuje otevřená obytná krajina se zónami různých proporcí.