Estudio experimental del colapso de material granular no cohesivo en ambientes newtonianos y pseudoplásticos

Abstract

El estudio de flujos granulares resulta importante en distintas aplicaciones industriales, como también para lograr una mejor comprensión de fenómenos naturales. Los flujos granulares que ocurren en la naturaleza muchas veces presentan un gran poder destructivo. Por ello, la predicción de la ocurrencia y comportamiento de éstos a escalas geofísicas resulta de gran interés para el ordenamiento territorial y evaluación del riesgo en asentamientos humanos y numerosas faenas industriales. Se realiza un estudio experimental para analizar la importancia de la reología del fluido en el colapso de una columna de material granular no-cohesivo, en un fluido ambiente que es newtoniano o pseudoplástico, generando desplazamientos de material granular en condiciones controladas. Para esto, se trabaja en una instalación de acrílico rectangular de 0.1 m x 1.4 m x 0.3 m (ancho x largo x alto), la cual se rellena con fluidos ambientes a distintas reometrías y con distintos tipos de materiales granulares. Los experimentos consisten en la generación de un flujo de material granular, el cual se encuentra inicialmente sostenido por una compuerta. Al levantar esta compuerta se genera un flujo de material granular y fluido, el cual permite analizar cómo este flujo es influenciado a medida que se cambia la reometría del fluido ambiente en base a cómo se comporta el material granular en términos de desplazamiento y velocidad en el tiempo. El desarrollo del colapso de material granular típicamente presenta un patrón común independiente del material utilizado. Inicialmente presenta un rápido aumento en su velocidad hasta llegar a un punto de velocidad constante, para finalmente desacelerar hasta llegar al reposo. En este trabajo se pude ver que al trabajar en fluidos pseudoplásticos se genera un flujo secundario debido al esfuerzo de corte entre la compuerta y el fluido ambiente, que genera formas finales distintas a las típicamente conocidas para materiales granulares trabajados en aire. Para los resultados de distancia versus tiempo de materiales granulares en los fluidos ambientes newtonianos, se obtienen las curvas con forma de S que han sido registradas ampliamente en la bibliografía. En base a todos los análisis realizados para los distintos fluidos ambientes, y en particular al mirar los resultados obtenidos para la relación entre la distancia final del frente y la razón de aspecto, se puede concluir que los factores más relevantes dentro de los parámetros estudiados en este trabajo corresponden a la viscosidad del fluido ambiente y la uniformidad del material granular a colapsar.