MODELACIÓN NUMÉRICA 3D DE LA INTERACCIÓN ENTRE FLUJO Y PARTÍCULA EN SUELOS GRANULARES
DIEGO SOTO R.1
PAULO HERRERA R. 2
RESUMEN
Para entender fenómenos tales como la erosión de suelos granulares y presas, la filtración de sedimentos en pozos, los mecanismos que causan aluviones, etc. Se debe comprender la interacción entre agua y suelo para poder estimar la distribución de esfuerzos sobre los sólidos que conforman el esqueleto del medio. El estudio de los esfuerzos viscosos que oponen resistencia al flujo también es relevante para calcular la permeabilidad de sedimento y rocas que conforman acuíferos bajo distintas condiciones. La distribución de esfuerzos en ausencia de flujo ha sido identificada y caracterizada (por ejemplo, Thornton, 1997; Radjai et al., 1996). Actualmente, este tipo de análisis es posible mediante el uso de herramientas de simulación numérica que permiten modelar de forma acoplada los efectos de los esfuerzos a través del esqueleto y la interacción con el flujo. En este trabajo se muestra la primera parte de un estudio en el que se analiza la interacción flujopartícula. Por tanto se enfoca en los efectos del tamaño de los granos, polidispersión y confinamiento de un paquete de suelo sobre los valores de la conductividad hidráulica. Para lo anterior, utilizamos YADE, software de código abierto el cual simula los esfuerzos en el suelo mediante el equilibrio de fuerzas y balance de momentum en paquetes de esferas utilizando el método de elementos discretos (Šmilauer, 2006; Šmilauer and Chareyre, 2010). Además, YADE incluye un módulo que permite simular el flujo de un fluido, utilizando el método de volúmenes finitos a escala de poros (Catalano et al., 2014). Entonces es posible analizar el efecto combinado del flujo y los esfuerzos del suelo. Utilizando YADE se obtienen valores para la conductividad hidráulica de suelos sintéticos con distintas características granulométricas. Se realizan comparaciones de la conductividad hidráulica (K) obtenida mediante la modelación numérica con fórmulas empíricas que relacionan el valor de K con un tamaño característico del diámetro de los sedimentos, tales como: Hazen (1892), Slichter (1899), Terzaghi (1925), Beyer (1964), recopilados en (Shepherd, 1989) y (Devlin, 2015). Primero, analizamos el caso para paquetes de esferas de diámetro uniforme y diversos tamaños de radio. En segunda instancia, los paquetes de esferas poseen un diámetro medio y se encuentran uniformemente distribuidas en el intervalo comprendido entre [Dmean+2SdDmean;Dmean-2SdDmean] donde Sd es un parámetro que sirve para representar distintas distribuciones de tamaños,entre más se acerca a 1, mayor es la diferencia entre el tamaño máximo y mínimo de las esferas. Además, consideramos distintas presiones de confinamiento axial.
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1Estudiante, Depto. de Ingeniería Civil, FCFM, Universidad de Chile – horusdnsr@hotmail.com
2Profesor Asistente, Depto. de Ingeniería Civil, FCFM, Universidad de Chile – pherrera@ing.uchile.cl
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