Mitől áll a homokvár?
Sümegi András, 2019.08.26 15:12
A homok a leghasznosabb anyag a Földön az édesvíz után. Csodálatos és hihetetlenül sokszínű. Mindenütt jelen van, mégis szűkösek a készletek. Homok nélkül nincsenek épületek, utak, de nincs üveg sem, okostelefon és internet se. Homokot használnak a fémöntésnél, a víztisztításban és a kerámiaiparban. Homokból nyerik a szilíciumot a mikrochipek gyártásához. És persze nyáron a strand sem képzelhető el homokvár nélkül. Játsszunk most ezzel az anyaggal!
![]() |
Ezt a várat a holland Wageningen UR diákjai emelték egy homokvárépítő versenyen |
A homok nem megújuló erőforrás, és a tiszta, jó minőségű, ipari felhasználásra alkalmas készletek fogyóban vannak világszerte. Biztató kísérletek vannak a bontott beton újrahasznosítására, különféle hulladékanyagok betonadalékként való felhasználására, illetve homok mesterséges előállítására, de a természetes homoknak egyelőre nincs igazán jó alternatívája. A homokhiányt jelzi, hogy Indonéziában már kalózok lopják a kisebb szigeteket. Magyarországon elegendő készletek vannak ahhoz, hogy a hazai igényeket még jó ideig ki lehessen elégíteni.
Egy kis homokkupac-fizika
![]() |
Mikroszkóp alatt is érdemes megnézni a homokszemcséket! Ahány vidék, annyifélék |
Ha rálépünk a homokra, az valamennyire összenyomódik, hiszen ott marad benne a lábnyomunk. A hétköznapi (néhányszor 10 kN/m² nagyságrendű) terhek mellett maguk a szemcsék gyakorlatilag összenyomhatatlanok. Az alakváltozást (a lábnyom besüllyedését) nem a szemcsék deformációja, hanem azok átrendeződése, a pórusok összenyomódása okozza. A szemcsék közötti hézagok összefüggők és nyíltak, így a pórusokat kitöltő levegő egy része távozni tud. Hasonló jelenséget tapasztalnánk akkor is, ha a pórusokat víz töltené ki: a deformáció a pórusvíz kinyomódásával és a szemcseváz átrendeződésével jár. Sok építmény tönkremenetelét, az alapok elmozdulását, a rézsűk megcsúszását és a földcsuszamlásokat nem egyszerűen a talaj összenyomódása, hanem a talajban bekövetkező törés, a talajrétegek megcsúszása okozza. Ezek nyírás jellegű változások, amelyek során a talaj egyes részei egymáson elmozdulnak.
![]() |
A talajt akár összenyomás éri, akár fellazulás, akkor következik be törés, ha a feszültségállapot eléri a Coulomb-egyenest (pontosabban a megfelelő Mohr-kör érinti azt) |
![]() |
összefüggés áll fenn, ahol τ a nyírófeszültség, σ a nyomófeszültség, ϕ az adott talajféleségre jellemző úgynevezett belső súrlódási szög, pedig a szemcséket összetartó kohézió. Az összefüggés lineáris, derékszögű koordináta-rendszerben ábrázolva egy egyenest ad. Ez persze csak közelítés, a valóságos kép ennél bonyolultabb, de most nekünk ez is megfelel. A talajban az önsúly és a terhek függvényében sokféle nyomó- és nyírófeszültség kialakulhat. Ha a kialakult τ1 és σ1 értékpár a Coulomb-egyenes alatt van (mint az ábrán a kék pötty), akkor a talaj elviseli a terhet. Ha, mondjuk, addig növeljük a feszültség értékét, amíg a Coulomb-egyenes fölé kerülünk (τ2, narancssárga pötty), akkor a talaj eltörik, megcsúszik.
Az ábrán azt is látjuk, hogy az ideálisan szemcsés, kohézió nélküli (c=0) talaj esetében a Coulomb-egyenes az origón megy át (zöld szaggatott vonal), ami azt jelenti, hogy az ilyen talaj összenyomás nélkül semmiféle nyírófeszültséget nem visel el. A száraz homok ilyen anyag. Ha leöntjük egy kupacba, úgy rendeződik el, hogy a szemcsék egyensúlyba kerüljenek. A kupac minden részén a ható erők kiegyenlítik egymást, eredőjük zérus. Emiatt van, hogy a kupac lejtője nem lehet meredekebb a ϕ szögnél. A kupac belsejében az önsúly miatt van σ nyomófeszültség, de a felszínen nincs, így a felszín semmilyen nyíróerőnek nem áll ellen. A legkisebb erőhatás is mozgásba tudja hozni, például a szél. Így alakul ki a futóhomok.
Ha a talajban van kohézió (c>0), akkor nemcsak nyomás esetén marad állékony, hanem 0 nyomásnál, sőt negatív nyomás, azaz húzás esetén is. A kohézióval bíró talaj rövid ideig még enyhe húzást is elvisel, fel tud venni valamennyi húzófeszültséget. Mindenki tudja, hogy nyúlós, nedves agyagból hurkát lehet sodorni, és ezt a végénél fogva fel lehet emelni anélkül, hogy szétesne. Egy ideig megtartja a saját súlyát. Ugyanezt homokkal nem lehet megcsinálni. Ha megfelelően nedves, akkor össze lehet gyúrni a homokot is, de megemelni már nem lehet, a saját súlyát sem bírja el.
Száraz, nedves vagy folyós
![]() |
A száraz homokszemek egymáson gördülhetnek (balra), a vékony vízfilm azonban összetapasztja őket (középen). A vízzel telített homokban viszont úszkálnak a szemcsék |
![]() |
A száraz, csak ϕ szögű homok kupacban áll meg, a nedvesből tornyot is lehet emelni, de a vízzel telített folyadékként folyik |
Emiatt van, hogy a nedves homok jól formázható, és függőleges falak is emelhetők belőle. A homokvárépítéshez ilyen anyag kell, és ezt nem is nehéz előállítani, csak vizet kell adni a homokhoz. Mivel a homokszemek a vízmolekulákhoz képest igen nagyok, a köztük lévő pórusok is nagyok és nyitottak, jól átjárhatók, ezért a felesleges víz magától kifolyik a homokból, és csak a szemcséken megtapadó rész marad.
![]() |
Az agyagos iszapból készült hurka egyben marad (fent), a homokból gyúrt szétesik (lent) |
![]() |
A földrengéseket kísérő jellegzetes homokvulkánokból megfolyósodott talaj tör a felszínre |
![]() |
A tiszasasi buzgár (2000) |