Estudio numérico de la distribución de esfuerzos de material granular confinado y en descarga

El material granular puede definirse como la colección macroscópica de partículas donde a temperatura no juega un rol importante, y las interacciones entre ellas son principalmente por colisiones inelásticas y fricción. Debido a lo anterior, en un medio granular se presentan diversos fenómenos cuando el material se encuentra estático o en flujo. Una de las principales problemáticas en el diseño de estructuras que contengan o acarreen este tipo de materiales es la distribución heterogénea de esfuerzos. Utilizando el método de elementos discretos simulamos un silo bidimensional de discos polidispersos, verificando numéricamente el modelo de Janssen, el cual es un modelo empírico para la estimación del esfuerzo en el fondo de un silo (contenedor de granos).
Nuestros resultados muestran que el modelo de Janssen es muy bueno para sistemas pequeños, pero conforme el sistema aumenta (número de granos) va perdiendo relevancia, con una notoria transición a un comportamiento hidrostático. Por otro lado, simulamos la descarga de una monocapa tridimensional de esferas a través de una tolva con diferentes ángulos, donde verificamos nuestro enfoque computacional con datos experimentales ya reportados. En este sistema encontramos que existe un mínimo en el flujo de descarga para tolvas con ángulos comprendidos entre 10 y 30 grados. Esto es debido al desorden de velocidades en el orificio de salida, como pudimos observar en la distribución interna de esfuerzos.