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Interdependencia entre segregación y reología de flujos granulares bidispersos.

Abstract

En general, los flujos granulares gravitacionales están formados por granos de diversos tamaños. Estos flujos son comúnmente encontrados en la naturaleza (e.g. avalanchas, aluviones, lahares) y la industria (e.g. silos, procesadoras de alimentos). Cuando un volumen de granos de distintos tamaños es sujeto a cizalle, las partículas tienden a reagruparse de acuerdo a sus tamaños, segregándose entre ellas. La segregación granular afecta la dinámica de los flujos granulares ya que afecta la composición local del material, produciendo inestabilidades y estructuras complejas (e.g. diques laterales, frentes rocosos, breaking size segregation waves). Localmente, la redistribución de partículas es una respuesta mecánica al esfuerzo y retroalimenta cambios reológicos en el material granular. Sin embargo, aún no hay un entendimiento del rol de la segregación y su relación tácita con la reología del conjunto de granos. A través de tres instalaciones experimentales buscamos estudiar la interdependencia entre la segregación granular por tamaño y la reología de materiales granulares bidispersos. En primera instancia usamos una celda de cizalle tridimensional, un cinturón convectivo y una celda de cizalle bidimensional. En la celda tridimensional buscamos encontrar una relación funcional entre la segregación granular, el número inercial y la razón entre el tamaño de las partículas. En el cinturón convectivo observamos la estructura interna de una avalancha granular estacionaria para caracterizar la onda de rompimiento de la segregación y el rol de la fricción en su dinámica. Por último, la celda bidimensional la usamos para calcular los invariantes del tensor de deformación y encontrar una explicación conceptual para el ascenso de partículas grandes rodeadas de partículas de menor tamaño. Los resultados preliminares indican una fuerte correlación entre el movimiento relativo de los granos y la reología del material granular.

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