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Ver el documento (formato PDF)   Aguirre, María Alejandra.  "Estabilidad y dinámica en materiales granulares : comportamiento aislado y colectivo de granos"  (2001)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
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.

Abstract:
The behavior of a flow of grains over the slope of a granular packing is studied. This work is presented in two parts: l) Motion of a sphere over a granular bed. Individual motion of an isolated grain over a granular bed is studied. This interaction is experimentally modeled by means of the motion of a sphere of diameter D over an inclined bed constituted of grains with mean diameter d < D. According to the slope of the granular surface, three different regimes are observed: decelerated, constant velocity and accelerated motions. Experimental results lead to understand in detail the energy dissipation mechanisms involved when a sphere gains energy rolling down an inclined rough plane. This mechanisms also allow us to understand the decelerated motion that occurs at low inclination angles. In the constant velocity regime where there is a viscous dissipative force acting over the sphere its collision frequency with the grains that constitute the bed is determined using acoustic and video techniques. This helps to understand the way in which the sphere dissipates energy by collisions. The variation of this dissipative source with the inclination angle of the granular bed is studied. 2) Stability and dynamics in granular packings. The avalanche process where there is collective interaction between grains is studied. A monodisperse glass sphere packing under controlled humidity is slowly inclined until the system loose its stability and an avalanche takes place. This process is characterized by the avalanche mass and two characteristics angles: - Maximum angle of stability: the angle between the packing free surface and the horizontal at which the system looses its stability and when the avalanche begins. - Angle of repose: the angle between the packing free surface and the horizontal when the avalanche ends. The influence of the number of granular layers (N), relative humidity, initial packing fraction and packing size on the critical angles and the avalanche mass is analyzed. It is found that for packing with more than a certain critical number of layers Nc. the avalanche process only involves the Nc superficial layers and both the critical angles and the avalanche mass are independent on N. Finally, for open systems, the relation between the angle of repose and the neutral angle where a granular flow (avalanche) produces no erosion nor sedimentation over the granular packing surface is verified.

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Registro:
Título : Estabilidad y dinámica en materiales granulares : comportamiento aislado y colectivo de granos     =    Stabilityand dynamics of material : isolated and collective behavoir of grains
Autor : Aguirre, María Alejandra
Director : Calvo, Adriana
Director Asistente : Ippolito, Irene
Año : 2001
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física. Grupo de Medios Porosos
Grado obtenido : Doctor en Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3387_Aguirre
Idioma : Español
Area Temática : 
Palabras claves : MEDIOS GRANULARES; FLUJO GRANULAR; AVALANCHA; GRANULAR MEDIA; GRANULAR FLOW; AVALANCHE
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