Search

La resistencia al corte en medios granulares es producto de las interacciones internas que se desarrollan entre las partículas que lo conforman. Dichas interacciones están en función de la forma de los elementos que componen el medio y de sus propiedades físicas. El análisis de la resistencia al corte, en términos generales, no estudia de forma detallada las múltiples interacciones que se pueden desarrollar entre los elementos que conforman el medio granular; esto es debido a que dicho análisis no implica la simulación de dichas interacciones. El presente estudio aborda el tema de resistencia al corte como resultado de la interacción de los elementos que conforman el medio y, simulando las múltiples interacciones entre las partículas frente a deformaciones controladas, logra obtener propiedades equivalentes de resistencia. Abstract: The shear strength resistance of granular materials is due the interactions between the particles of the granular medium. These interactions are a function of the shape and the physical properties of the particles. The shear strength analysis does not study in a detailed way, the multiple interactions that can be developed between the elements of the granular material. The present document addresses the issue of resistance to shear as a result of the interaction of the elements that make up the medium to obtain equivalent properties of resistance. Maestría

The characterization of the material as a discontinuous media is proposed to study strongly local phenomena in the behaviour of historical masonry structures. Three methods are implemented: an experimental method, photoelastic, and two numerical methods, heterogeneous finite elements and rigid blocks in unilateral contact. Qualitative comparison of the results shows that the random irregularities in the contact between bodies play an important role in explaining local behaviour of masonry. Quantitative comparison with the results of load tests previously performed on dry masonry walls support this hypothesis. The results are very encouraging and suggest that it is necessary to develop approaches of this kind –approaches that, although relatively common in the field of granular media, have been very scarce in the field of historic masonry structures., Para estudiar ciertos fenómenos de comportamiento local en las estructuras históricas de fábrica se propone la caracterización del material como un medio discontinuo. Se implementan tres métodos: uno experimental, fotoelástico, y dos numéricos, elementos finitos heterogéneos y bloques rígidos en contacto unilateral. De la comparación cualitativa de los resultados se deduce que las irregularidades aleatorias en el contacto entre piezas desempeñan un importante papel en la explicación del comportamiento local de la fábrica. La comparación cuantitativa con los resultados de ensayos de carga realizados previamente sobre muros aparejados en seco apoyan esta hipótesis. Los resultados obtenidos son muy esperanzadores y hacen pensar que es necesario profundizar en el desarrollo de enfoques de este tipo que, aún siendo relativamente comunes en el campo de los medios granulares, han sido muy escasos en el campo de las estructuras históricas de fábrica.

Este trabajo muestra el comportamiento de la energía de modos normales de vibración, que constituyen una onda elástica, cuando esta experimenta dispersión en un medio granular. Para esto, se grafican patrones de radiación dispersada, entre diversos pares de modos, los que son analizados destacando las principales direcciones de dispersión. Para lo anterior, se utilizó la sección eficaz de dispersión modal W(iki,jkj) obtenida por Trujillo y colaboradores en 2013. Los modos normales utilizados, son las soluciones del problema de vibraciones libres de un plato elástico, homogéneo e isotrópico, es decir, modos de cizalla horizontal y Lamb, los cuales a su vez pueden ser simétricos o antisimétricos. Este trabajo contribuye al entendimiento del comportamiento de la estructura interna de los medios granulares, como también a potenciales aplicaciones en campos tales como la mecánica de suelos, geofísica, sismología y exploración petrolera, entre otras. This paper shows the behavior of the energy of normal modes of vibration, which constitute an elastic wave, when it undergoes dispersion in a granular media. For this, scattered radiation patterns between different pairs of modes are plotted and analyzed, highlighting the main directions of dispersion. For this, cross sections of modal dispersion W(iki, jkj) obtained by Trujillo and coworkers in 2013 was used. The normal modes implemented are the solutions of the problem of free vibrations of an elastic, homogeneous and isotropic plate, namely, horizontal shear modes and Lamb, which in turn can be symmetric or antisymmetric. This work aims to contribute to the understanding of the behavior of the internal structure of granular media, as well as potential applications in fields such as, soils mechanics, geophysics, seismology, and oil exploration, among others.

Se presenta un modelo teórico para determinar la frontera hidromecánica de un suelo internamente inestable sujeto a un flujo de agua vertical. El modelo se basa en ecuaciones de conservación de momentum y balance de masa, y considera que una muestra de suelo se divide en tres componentes: agua, fracción más fina y fracción más gruesa. Los parámetros del modelo son: esfuerzos efectivos, índice de poros, ángulo de fricción entre las fracciones gruesas y finas, y la proporción del esfuerzo efectivo que se transmite a la fracción más fina G*. Comparamos la predicción de este modelo con resultados de ensayos de filtración en un permeámetro de grandes dimensiones, y demostramos que el modelo es capaz de representar adecuadamente lo observado en laboratorio. Adicionalmente se muestra que el valor de G* depende directamente del valor D15'/d85' del suelo estudiado. El modelo constituye una herramienta que se puede utilizar para deducir el valor del gradiente hidráulico crítico que gatilla la erosión interna en suelos no cohesivos susceptibles a este fenómeno. A theoretical model to determine the hydromechanical boundary of an internally unstable soil subject to vertical seepage. The model is based on momentum balance equations, which consider that the system is divided into three components: water, finer soil fraction, and coarser soil fraction. The parameters of the model are: the effective stress, the porosity of the soil, the friction angle between the coarse and fine fractions, and the proportion of the effective stress that is transmitted to the finer fraction G*. Using laboratory data collected on a large permeameter, we demonstrate that the model is able to properly describe the observed behaviour. Furthermore, we show that the value of G* is related to the value of D15'/d85' and that it has the same trend as found experimentally. The proposed model is a promising method to deduce an approximate value of critical hydraulic gradient that triggers internal erosion in a cohesionless soil of known particle size distribution curve.

Understanding the behavior of mechanical properties within granular media is essential in several applications of civil and chemical engineering, geophysical sciences as well as in many other areas of science. It is well established that in non-cohesive granular media, the transmission of force occurs exclusively via inter particle contacts, which follow preferred paths, the so-called "stress chains" or "force chains" network. Because the inter-particle forces and its distribution determine the bulk properties of a granular system, this behavior has very important consequences in transport phenomena as well as in constitutive modeling. In this work we present results, both experimental and computational, on the behavior of the force distribution in static granular materials. These results provide new insight into the physics of granular materials and complement previous findings. La comprensión de las propiedades mecánicas de los medios granulares es importante en aplicaciones de Ingeniería civil, Ingeniería química, ciencias geofísicas al igual que en otras áreas del conocimiento. Es bien sabido que las fuerzas dentro de un medio granular se distribuyen siguiendo una red altamente no-lineal de partículas bajo esfuerzo. Las fuerzas por arriba del promedio se concentran en una red de “cadenas de esfuerzo” que soportan la gran mayoría de la carga, mientras que existen partículas dentro del lecho que se encuentran prácticamente aisladas de sus vecinas y que no soportan carga alguna. Dado que las fuerzas inter-partícula y su distribución determinan las propiedades macroscópicas de un sistema granular, dicho comportamiento tiene consecuencias muy importantes en fenómenos de transporte tales como conducción de calor, propagación de sonido y conducción eléctrica. En este trabajo se presentan resultados de una investigación tanto experimental como computacional sobre el comportamiento de la distribución de esfuerzos en un medio granular estático. Los resultados expuestos proveen conocimientos nuevos sobre la física de medios granulares y complementan observaciones previas.

Se estudia el comportamiento de un flujo de granos sobre la pendiente de unapilamiento. 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 esferade 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 lahorizontal, se pueden observar tres regímenes de movimiento diferentes: dcsacelerado.con velocidad constante y acelerado. Los resultados experimentales permitieron comprender en mayor detalle losmecanismos involucrados en la disipación de la energía que una esfera gana en sudescenso por un plano inclinado. Estos mecanismos permiten a su vez comprender elregimen dcsacelerado que se observa a ángulos de inclinación pequeños. En la región de velocidad constante donde la fuerza que actúa sobre la partícula esde tipo viscosa, se determinan mediante técnicas de sonido y video, la frecuencia dechoque de la esféra móvil con las bolitas de vidrio de la superficie a fin de comprenderla forma en que dicha esfera disipa energía por colisiones. Se observa como varía estafuente 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 losgranos. Un empaquetamiento de esferas monodispersas colocadas en una caja cerradacon humedad controlada se inclina suavemente hasta que el sistema se desestabilizadando lugar a una avalancha. Dicho proceso se caracteriza mediante la masa desalojaday dos ángulos característicos:maximo angulo de estabilidad: es el que forma la superficie libre delempaquetamiento con la horizontal cuando el sistema se desestabiliza y comienza laavalancha. - ángulo de reposo: es el que forma la superficie libre del empaquetamiento con lahorizontal cuando la avalancha concluye. Se analizó la influencia de la cantidad de capas granulares (N), la humedad relativaambiente, la fracción de compactación inicial y el tamaño del empaquetamiento en lavariación de estos ángulos críticos y de la masa de la avalancha. Se encuentra que para empaquetamientos con un número dc capas mayor que uncierto valor crítico Nc,el proceso de avalanchas sólo afecta a las Nc,capas superficialesy tanto los ángulos críticos como la masa desplazada, son independientes de N. Finalmente se verifica la relación que para sistemas abiertos existe entre el angulode reposo y el denominado angqu neutro donde un flujo de granos (avalancha) noproduce erosión ni sedimentación sobre la superficie de un empaquetamiento granular. 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. Thisinteraction is experimentally modeled by means of the motion of a sphere of diameter Dover an inclined bed constituted of grains with mean diameter d < D. According to theslope of the granular surface, three different regimes are observed: decelerated, constantvelocity and accelerated motions. Experimental results lead to understand in detail the energy dissipationmechanisms 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 lowinclination angles. In the constant velocity regime where there is a viscous dissipative force actingover the sphere its collision frequency with the grains that constitute the bed isdetermined using acoustic and video techniques. This helps to understand the way inwhich the sphere dissipates energy by collisions. The variation of this dissipative sourcewith 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 isstudied. A monodisperse glass sphere packing under controlled humidity is slowlyinclined until the system loose its stability and an avalanche takes place. This process ischaracterized by the avalanche mass and two characteristics angles: - Maximum angle of stability: the angle between the packing free surface and thehorizontal at which the system looses its stability and when the avalanche begins. - Angle of repose: the angle between the packing free surface and the horizontalwhen the avalanche ends. The influence of the number of granular layers (N), relative humidity, initialpacking fraction and packing size on the critical angles and the avalanche mass isanalyzed. 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 anglesand the avalanche mass are independent on N. Finally, for open systems, the relation between the angle of repose and the neutralangle where a granular flow (avalanche) produces no erosion nor sedimentation over thegranular packing surface is verified. Fil: Aguirre, María Alejandra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.