El estudio de los flujos granulares ha adquirido gran interés en las últimas décadas, no sólo
por su impacto económico, ambiental y científico, sino también porque su ocurrencia a escala
geológica genera grandes riesgos sobre la población y la infraestructura alrededor del mundo. Esto
ha originado dentro del ámbito de la ingeniería la necesidad de contar con modelos dinámicos que
sean capaces de predecir en forma confiable la evolución espacio temporal de estos fenómenos, para
lo cual es fundamental identificar, caracterizar y cuantificar los mecanismos de interacción entre los
granos.
En este contexto, el presente trabajo tiene por objeto mostrar los resultados cuantitativos y
cualitativos de un estudio experimental de flujos de materiales granulares densos y secos, generados
en un canal de fondo deslizante. Este canal posee un largo útil de 3 m, paredes de vidrio de 40 cm de
altura, un ancho útil de 18.6 cm y una cinta que desliza por el fondo a una velocidad que varía en el
rango de 0 a 180 cm/s. Los materiales granulares utilizados en este experimento correspondieron a
gravas finas, medianas y gruesas y esferas plásticas. A modo de comparación, se condujeron en
forma paralela experimentos consistentes en flujos de esferas plásticas en un canal de fondo fijo de
inclinación variable. Este canal posee un largo útil de 3 m, paredes de acrílico de 50 cm de altura y
ancho útil de 20 cm.
En ambas instalaciones, leyes de resistencia y parámetros adimensionales característicos
fueron determinados a partir de las mediciones de altura, velocidad y pendiente del canal. También se
obtuvieron imágenes del movimiento de las partículas en la pared del canal y en la superficie del
flujo, usando una cámara de video de alta velocidad. Estas fueron analizadas posteriormente en
forma cualitativa y cuantitativa, mediante procesos de tratamiento de imágenes y la aplicación de
técnicas PIV (“Particle Image Velocimetry”) y PTV (“Particle Tracking Velocimetry”) para la obtención
de la distribución de velocidades.
A partir de las mediciones realizadas en esferas y sedimentos en el canal de fondo deslizante,
se calcularon los números de Froude, Savage y Coulomb resultando ellos en el rango 0<Fr<3,
0<Sa<0.11 y 0<Co<1 para sedimentos y 0<Fr<2.5, 0<Sa<0.036 y 0<Co<0.05 para esferas, lo que
indica que en los flujos experimentados domina la fricción intergranular por sobre las colisiones. Las
relaciones entre el Fr y la altura relativa h/d determinadas para esferas y sedimentos, indican que la
velocidad de la cinta depende débilmente de la altura de escurrimiento. Estos resultados no
concuerdan con los obtenidos en el canal de fondo fijo.
En el canal de fondo deslizante, la aplicación al flujo de sedimento natural de las técnicas de
velocimetría condujo a resultados que no concuerdan con las observaciones y mediciones visuales, lo
que llevó a descartarlos para la determinación de los perfiles de velocidad. Esto no sucedió con el
flujo de esferas plásticas, donde los perfiles de velocidad revelaron la influencia de las paredes
ubicadas en los extremos del canal, generando esfuerzos confinantes del flujo y contribuyendo al
comportamiento friccional de éste.
Se postula que los resultados globales de este estudio están fuertemente influenciados por
las paredes ubicadas en ambos extremos del canal, los que generan esfuerzos de confinamiento que
constriñen el movimiento del flujo y afectan por lo tanto la estructura cinemática de éstos,
cuestionando la validez del uso de instalaciones de fondo deslizante como transformación galileana
del flujo generado en canales de fondo fijo.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UCHILE/oai:repositorio.uchile.cl:2250/103197 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Martínez Carreaux, Francisco Javier |
| Contributors | Tamburrino Tavantzis, Aldo, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Ingeniería Civil, Meruane Naranjo, Carolina, Niño Campos, Yarko |
| Publisher | Universidad de Chile |
| Source Sets | Universidad de Chile |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Tesis |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Chile, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/cl/ |
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