Fricción a escala de grano: el papel de la fricción interpática en medios granulares y su influencia en el comportamiento de lecho a escala de grano

Los medios granulares tienen una presencia casi omnipresente en la naturaleza y son la segunda sustancia más procesada en la industria, después del agua. Se acepta bien que exhiben un amplio espectro de comportamiento a macroescala que, en última instancia, está determinado por las interacciones a escala de grano de sus partículas constitutivas; pero aún hay mucho por descubrir sobre esas interacciones a escala de grano. Lejos de la superficie libre de un lecho granular agitado, las interacciones a escala de grano dominantes son el deslizamiento y la rodadura relativos entre partículas vecinas, y es este deslizamiento y rodadura el que es objeto de esta investigación. En estas pruebas experimentales en laboratorio, se comprimen armónicamente lechos granulares ideales secos y húmedos a través de una pared lateral en movimiento y se capturan sus respuestas mediante imágenes de alta velocidad. El medio granular en sí es un lecho cuasi-2D de discos polidispersos que consiste en una mezcla uniforme de cinco diámetros de disco diferentes que van desde 11 mm a 36 mm. Las compresiones cíclicas están diseñadas específicamente para imponer un efecto de atascamiento dentro de los lechos granulares, antes de una posterior relajación y deformación. El uso de la técnica fotoelástica proporciona una ventana a través de la cual se puede examinar el comportamiento a escala de grano de los lechos, ya que las redes de fuerzas de contacto interpáticas, conocidas como cadenas de fuerza, se vuelven visibles. La rotación de los discos se mide rastreando líneas dibujadas en cada disco, proporcionando una visión útil de las interacciones interpáticas de deslizamiento y rodadura a escala de grano. Primero, se examina el comportamiento de un lecho granular seco, y luego se extiende una delgada capa de glicerol sobre los bordes de cada disco individual para que se pueda examinar el comportamiento de un lecho granular húmedo equivalente o al menos, un lecho con fricción interpática reducida. Luego, se comparan los comportamientos de estos lechos entre sí y se utilizan los resultados para discutir cómo los cambios en la fricción a escala de grano afectan el comportamiento de los cuerpos granulares.