La sabbia: un dono prezioso della terra
La sabbia è una materiale leggero e resistente diffusissimo sul pianeta e viene utilizzato fin dai tempi più antichi nella vita quotidiana: dai cosmetici ai telefoni cellulari, dagli oggetti in vetro ai sistemi di filtraggio, nella lavorazione dei metalli, nella pulizia di alcuni materiali e in agricoltura, in campo militare e della protezione civile. Mescolata ad altri materiali ha la qualità di renderli più resistenti: il quantitativo maggiore di sabbia viene consumato in edilizia, dove è elemento del cemento, del cartonsabbia e della fibra di sabbia, mentre, prima dell' avvento dell'orologio, all'interno della clessidra dava all'uomo la misura del tempo. Uno dei primi utilizzi che si conosce della sabbia è quello dei ceramisti e dei fabbri, nelle cui officine veniva utilizzata per contenere il fuoco nella forgia: questo utilizzo, mettendo la sabbia a contatto con le alte temperature, ha reso possibile la scoperta del vetro con tutte le sue applicazioni e utilizzi che hanno permesso di dare un notevole input al progresso umano. Infine non si può sottacere dell'uso ludico e artistico della sabbia che si traduce nei famosi castelli di sabbia e in altre sculture in pasta di sabbia.
C'è sabbia e sabbia: la granulometria fa la differenza
La sabbia viene classificata in base alla granulometria, come grossa media e fine, secondo della grandezza del granello che in ogni caso va dai 2 agli 1/16 millimetri, e anzi, in sedimentologia il termine sabbia indica una precisa classe granulometrica, al di sotto della quale si pongono i limi e le argille, mentre al di sopra si trovano la ghiaia e i ciottoli. La sabbia si forma principalmente per l'azione di erosione di rocce di diversa natura degradati in arenarie anche grazie a processi chimici. In alcuni casi è un meccanismo chimico che interessa le piogge ipersaline a consentire l'isolamento e la precipitazione di particelle composte da carbonato di calcio che si vanno a depositare su bassi fondali, mentre altre volte i granelli di sabbia sono il risultato dello sfaldamento delle strutture calcaree di sostegno di vari invertebrati marini, ma anche di alghe, di coralli e di organismi unicellulari. I fossili vengono triturati dall'azione delle onde e poi accumulati sulla spiaggia grazie al moto ondoso.Quando invece l'origine è eolica, ha molta importanza il bacino roccioso di provenienza, la cui natura influisce anche sul colore della sabbia oltre che sulle sue proprietà.
La sabbia di mare
La sabbia del mare si deposita sulle spiagge grazie all'azione delle onde è generalmente di colore marrone, ma può tendere al bianco, al grigio o al rosa a seconda delle componenti minerali prevalenti. E' costituita da sottili grani circolari e viene evitata nelle costruzioni edilizie, non viene impiegata nel cemento e nelle altre tecniche di ingegneria per la presenza eccessiva di sale che tende ad assorbire l'umidità atmosferica. Questo riduce notevolmente la durata delle strutture in cemento armato, a causa della corrosione dell'acciaio con cui entra in contatto causata dal sale: si potrebbe ovviare utilizzando quantità superiori di cemento o depurando la sabbia dal sale ma in tutti e due i casi i costi aumenterebbero considerevolmente. La sabbia di mare inoltre viene più facilmente contaminata da vari tipi di sporco, macro e microscopico, inoltre proprio la forma arrotondata e liscia delle particelle offre meno resistenza delle particelle spigolose e con superfici ruvide, e questo, sommato con la struttura aperta che riguarda la capacità di coesione delle particelle, impedisce ai granelli di legare bene anche tra di loro. I ponti di legame in questo caso non sono durevoli.
La sabbia del deserto: magazzino di energia
Anche la sabbia del deserto è caratterizzata da granelli tondeggianti dalla superfice resa liscia dall'azione del vento. Nel tempo gli spigoli vivi vengono smussati dall'interessamento eolico che riduce anche la dimensione del granello. La chimica di superfice di questi non è quindi mai in grado di offrire un numero di legami multidirezionali sufficiente a garantire la coesione necessaria alla durevolezza di una struttura. Se le costruzioni che impiegano questo tipo di sabbia come componente del calcestruzzo assorbono acqua, i ponti di legame si bagnano e si ammorbidiscono e in caso di sovraccarico collassano e cedono. La sabbia del deserto quindi, anche se è illimitatamente disponibile non viene usata in edilizia, così come la sabbia di mare i cui granelli vengono resi lisci anche dall'azione dell'acqua. La sabbia del deserto è composta quasi esclusivamente da granelli di quarzo, più frammenti biogeni e litici quando si trova in prossimità del mare. Gli Emirati Arabi stanno sperimentando con successo l'impiego della sabbia del deserto per immagazzinare l'energia termica degli impianti solari termodinamici fino a 1000°C abbassando i costi dello stoccaggio dell'energia prodotta.
La sabbia di fiume: costruzioni solide
Tra i materiali da costruzione il cemento è stato quello che maggiormente ha contribuito all'evoluzione della tecnica edilizia. Unitamente al cemento armato, dotato cioè di anima d'acciaio costituita da diversi tondini, vengono utilizzati materiali capaci di indurire in presenza di acqua. La sabbia che viene utilizzata come materiale inerte nella composizione del cemento deve essere pulita, esente da particelle più grosse e impurità. La grana che più corrisponde agli standard di stabilità e capacità portante, forza e plasticità è quella grossa i cui granelli misurano da 2 a 4 millimetri. La grana utilizzata in edilizia deve essere spigolosa e priva di sali ed altre impurità. La sabbia di fiume di solito ha un colore bianco grigio, ha un alto contenuto di silicio e viene utilizzata per la produzione di malte e intonaci grezzi. La sabbia di fiume con granulometria più fine può essere utilizzata anche come materiale abrasivo e, nella tecnica della sabbiatura che utilizza l'aria ad alta pressione, serve a pulire i mattoni a vista delle facciate degli edifici rustici. Nell'idrosabbiatura si unisce all'aria l'acqua, per evitare la formazione di polveri.
La sabbia artificiale
Uno dei problemi principali in edilizia è il costo del trasporto della sabbia poichè non sempre si costruisce vicino a corsi d'acqua. Il settore delle costruzioni è sempre in attività e la domanda di sabbia continua. Si calcola che per una casa di medie dimensioni ci vogliono 200 tonnellate di sabbia, mentre per costruire 1 chilometro di autostrada ne servono 30.000 tonnellate. La domanda di sabbia causa una carenza di siti da cui poterla prelevare. La necessità continua di questo materiale inerte ha perciò portato alla produzione di sabbia tramite schiacciamento di roccia di granito ottenuto grazie ad apposite macchine, chiamate granulatori e mulini, che possono lavorare a secco o in umido a seconda dei cicli di lavorazione. Questo consente di ridurre i costi di costruzione e fornisce all'edilizia un materiale che soddisfa i parametri richiesti in costruzione. La sabbia così ottenuta ha granulometria variabile, a seconda delle richieste, non contiene composti organici che nel tempo possono influenzare la presa del cemento, non presenta impurità che fanno aumentare la percentuale di acqua necessaria nella lavorazione e quindi è garanzia di migliore durabilità per il calcestruzzo.
Domande frequenti
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Perché non si può usare la sabbia di mare nel cemento?La sabbia marina non è adatta alle costruzioni perché contiene elevate quantità di sale. Il cloruro di sodio assorbito dall'umidità atmosferica provoca la corrosione dell'acciaio presente nel cemento armato, compromettendo gravemente la struttura nel tempo. Inoltre, i granelli di sabbia di mare sono arrotondati e lisci dall'azione delle onde, il che riduce la coesione interna del materiale e la resistenza meccanica complessiva. Anche depurandola dal sale o aumentando la dose di cemento, i costi diventerebbero proibitivi rispetto all'uso di sabbie dolci.
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Qual è la differenza principale tra sabbia di fiume e sabbia di mare per l'edilizia?La differenza sostanziale risiede nella forma dei granelli e nella purezza chimica. La sabbia di fiume ha granelli spigolosi e ruvidi, che garantiscono un migliore aggancio meccanico e coesione all'interno del calcestruzzo, rendendola ideale per le costruzioni. Al contrario, la sabbia di mare ha particelle lisce e tondeggianti, generate dall'erosione acquatica, che offrono scarsa resistenza. Inoltre, la sabbia fluviale è priva di sali marini, evitando il rischio di corrosione delle armature metalliche, problema critico per la sabbia marina.
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Quale granulometria è consigliata per la produzione di cemento e malte?Per ottenere calcestruzzi stabili e resistenti, la granulometria ideale della sabbia varia tra i 2 e i 4 millimetri, definita come 'sabbia grossa'. Questa dimensione garantisce il giusto equilibrio tra forza portante, plasticità e compattezza della miscela. È fondamentale che la sabbia sia pulita, priva di impurità organiche o particelle troppo fini (limo e argilla), poiché queste ultime potrebbero interferire con la presa del cemento e richiedere un eccesso di acqua, indebolendo la struttura finale.
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Si può utilizzare la sabbia del deserto per costruire case?No, la sabbia del deserto non è utilizzabile nell'edilizia tradizionale per le stesse ragioni della sabbia marina: i granelli sono estremamente levigati dall'azione eolica e privi di spigoli. Questa superficie liscia non permette la creazione di ponti di legame efficaci tra le particelle. Se il calcestruzzo contenente questa sabbia assorbe acqua, i legami si ammorbidiscono e la struttura rischia il collasso sotto carico. Tuttavia, recenti sperimentazioni negli Emirati Arabi ne stanno valutando l'uso per lo stoccaggio termico negli impianti solari, non per le fondamenta.
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Cos'è la sabbia artificiale e quali vantaggi offre?La sabbia artificiale è prodotta frantumando rocce naturali, come il granito, mediante macchinari specifici chiamati granulatori. Viene creata per sopperire alla carenza di sabbie naturali e ai costi elevati del trasporto. I suoi vantaggi principali includono l'assenza totale di composti organici e impurità che potrebbero alterare la presa del cemento, nonché una granulometria controllabile. Essendo priva di sostanze che richiedono acqua extra per la lavorabilità, garantisce una maggiore durabilità e resistenza del calcestruzzo finito rispetto ad alcune sabbie naturali contaminate.
