Un físico nos explica cómo construir el castillo de arena perfecto

Los físicos investigan la naturaleza del universo: quarks, teoría de cuerdas, multiverso, todas las líneas de investigación que ampliarán nuestra comprensión del mundo que nos rodea. Pero ha habido un campo que han ignorado hasta ahora. ¿Cómo se construye el castillo de arena perfecto?

Hace tres años, un equipo internacional de físicos y científicos especialistas en materiales de universidades belgas y holandesas abordaron por fin esta pregunta existencial; llevaron a cabo experimentos para determinar la composición ideal de un castillo de arena y publicaron los resultados en Nature.

El equipo llenó de arena varios tubos de PVC de diferentes diámetros. Luego cortaron los tubos por los lados de arriba abajo y los quitaron, dejando columnas de arena de varias alturas.

Los resultados de sus experimentos confirman lo que cualquier veterano en la construcción de castillos de arena ya sabe: la construcción de un castillo con una base grande proporciona un soporte que permite construirlo más alto, como cualquier otra estructura. De hecho, si puedes humedecer y condensar la arena en la proporción correcta, teóricamente no existen límites de altura o tamaño para tu castillo de arena. Puede parecer un hobby, pero el acto de construir un buen castillo de arena presenta muchas similitudes con cualquier otro proyecto de ingeniería.

Entrevistamos a Daniel Bonn, un fisico de la universidad de Amsterdam, sobre cómo construir castillos de arena que te harán ser envidiado por toda la playa.

MOTHERBOARD: Hace años, ayudaste a escribir un artículo titulado 'Cómo construir el castillo de arena perfecto', un tema curioso para un grupo de físicos. ¿Cuál fue la inspiración para esta investigación?
Daniel Bonn: Intentábamos entender las propiedades mecánicas de la arena mojada: esta cuestión tiene una tremenda importancia para todo tipo de aplicaciones (construcción de viviendas, carreteras y puentes sobre suelos arenosos o el enorme problema que tienen los holandeses para lograr la estabilidad de los diques, por ejemplo).

Mencionas que los "puentes capilares" entre los granos de arena son los que determinan cómo interactúan la arena y el agua para formar una estructura que aguante su propio peso. ¿Puedes explicar brevemente qué son los puentes capilares y qué tienen que ver con la interacción de la arena y el agua?
Las gotas de agua o las burbujas de jabón son esféricas porque dicha forma minimiza la superficie total; una mayor área superficial supone un mayor gasto de energía. Asimismo, una pequeña cantidad de agua entre dos granos de arena forma un pequeño puente líquido que minimiza el área superficial entre el agua y el aire de modo que, si variamos la posición de un grano de arena respecto de otro, creamos superficie automáticamente. Esto supondría un coste de energía adicional y, por lo tanto, se creará una resistencia a la deformación.

Uno puede comprobar esto fácilmente poniendo un vaso con el fondo plano en el fregadero. Si el fregadero está seco, es fácil levantar el vaso. Sin embargo, si ponemos una gota de agua entre el vaso y el fregadero, se hace muy difícil.

¿Qué factores conforman el castillo de arena "perfecto", impresionante y estructuralmente estable?
Es necesaria una cantidad óptima de agua pero también hace falta comprimir cuidadosamente la arena. Los constructores profesionales de castillos de arena usan constantemente thumpers [maquinas diseñadas para comprimir mecánicamente la arena] para asegurarse de que la arena está bien compacta.

Ya sabemos que tanto el radio de la estructura, la densidad con la que se ha compactado la arena y la composición de la misma tienen su importancia. ¿Existen otros factores que los constructores deban tener en cuenta, como el tiempo, la presión atmosférica, el agua salada/dulce, etcétera?
Un porcentaje alto de humedad en el aire y la temperatura baja contribuyen a evitar la evaporación del agua; como hemos dicho, los constructores profesionales tienen sistemas de pulverización para mantener húmeda la arena. El agua salada indudablemente ayuda: si el agua se seca, se formarán cristales de sal, que habitualmente se adhieren con facilidad a los granos de arena, así que esto también haría de pegamento.

Sé que la geología no es su especialidad pero ¿hay tipos de arena —como la arena hidrofóbica— mejores que otros para este propósito?
No creo que la arena hidrofóbica pueda encontrarse en la naturaleza, aunque la arena contaminada de petróleo procedente de pozos petrolíferos cercanos nos puede servir. Parece que los granos angulares son más adecuados, la arcilla que se encuentra en la arena de los ríos también ayuda, y si hay pequeños granos con un amplio rango de tamaños también es bueno.

En el estudio mencionabas que, si tratamos con la típica arena de playa, la torre de un castillo de 20 centímetros de radio puede llegar a medir hasta dos metros y medio. Según sus hallazgos, ¿hay algún límite máximo, algún punto en el que aumentar el radio de la base de una estructura no conlleve una mayor altura?
No, desde luego no desde el punto de vista de la física. Pero, si quisiéramos construir la torre de Babel, seguramente nos encontraríamos con otro problema como el hecho de que la temperatura y la humedad cambian en cuanto la estructura es demasiado alta…

Según tus observaciones, ¿cuál es la mejor manera de conseguir esa densidad de compactación necesaria en condiciones normales? ¿Algún instrumento o truco que pudiera sernos útil?
¡Thumpers! Y dejar la arena asentarse bastante tiempo también ayuda mucho: eso es lo que se hace habitualmente, por ejemplo, para construir puentes.

Esta entrevista ha sido resumida y editada por motivos de claridad