Estabilidad y dinámica en materiales granulares : comportamiento aislado y colectivo de granos

Se estudia el comportamiento de un flujo de granos sobre la pendiente de un apilamiento. El trabajo se divide en dos partes: 1) Movimiento de una esfera sobre un lecho granular Se analiza el movimiento individual de un grano aislado sobre un lecho rugoso fijo. Dicha interacción se modeló experimentalmente a través del movimiento de una esfera de diametro D sobre un lecho inclinado constituido por granos dc diametro medio (d < D). Según el valor del angulo de inclinación de la superficie respecto de la horizontal, se pueden observar tres regímenes de movimiento diferentes: dcsacelerado. con velocidad constante y acelerado. Los resultados experimentales permitieron comprender en mayor detalle los mecanismos involucrados en la disipación de la energía que una esfera gana en su descenso por un plano inclinado. Estos mecanismos permiten a su vez comprender el regimen dcsacelerado que se observa a ángulos de inclinación pequeños. En la región de velocidad constante donde la fuerza que actúa sobre la partícula es de tipo viscosa, se determinan mediante técnicas de sonido y video, la frecuencia de choque de la esféra móvil con las bolitas de vidrio de la superficie a fin de comprender la forma en que dicha esfera disipa energía por colisiones. Se observa como varía esta fuente de disipación en función del ángulo de inclinación. 2) Estabilidad y dinámica en empaquetamientos granulares Se estudia el proceso de avalancha donde existe una interacción colectiva entre los granos. Un empaquetamiento de esferas monodispersas colocadas en una caja cerrada con humedad controlada se inclina suavemente hasta que el sistema se desestabiliza dando lugar a una avalancha. Dicho proceso se caracteriza mediante la masa desalojada y dos ángulos característicos: maximo angulo de estabilidad: es el que forma la superficie libre del empaquetamiento con la horizontal cuando el sistema se desestabiliza y comienza la avalancha. - ángulo de reposo: es el que forma la superficie libre del empaquetamiento con la horizontal cuando la avalancha concluye. Se analizó la influencia de la cantidad de capas granulares (N), la humedad relativa ambiente, la fracción de compactación inicial y el tamaño del empaquetamiento en la variación de estos ángulos críticos y de la masa de la avalancha. Se encuentra que para empaquetamientos con un número dc capas mayor que un cierto valor crítico Nc,el proceso de avalanchas sólo afecta a las Nc,capas superficiales y tanto los ángulos críticos como la masa desplazada, son independientes de N. Finalmente se verifica la relación que para sistemas abiertos existe entre el angulo de reposo y el denominado angqu neutro donde un flujo de granos (avalancha) no produce erosión ni sedimentación sobre la superficie de un empaquetamiento granular