Thesis:

Modelo físico-matemático para flujos granulares impulsados por gravedad

El estudio y comprensión de la mecánica de los medios granulares es de gran importancia para la industria minera. Desde las primeras etapas de un proyecto de explotación se deben tener en cuenta los procesos de extracción, conminución, transporte y almacenamiento de mineral fragmentado, los que son controlados por mecanismos que aun nos resultan desconocidos. Uno de los fenómenos de mayor interés es el flujo de material granular impulsado por gravedad. Entre sus aplicaciones destaca el diseño de métodos de explotación como el Block Caving, en que se induce la fractura y disgregación de la base de un macizo de roca mineralizada, para luego extraer el material fragmentado a través de un arreglo de aberturas dispuestas en su base. En esta tesis se propone un nuevo modelo físico-matemático para flujos granulares impulsados por gravedad. Para su elaboración se propone que las partículas descienden formando clusters en respuesta a cambios locales en el estado tensional. A partir de esta hipótesis se deriva una expresión que relaciona la densidad de flujo de partículas con la fuerza impulsora, compuesta por la divergencia del estado tensional y la fuerza de gravedad. Junto con ello se postula que la dinámica se encuentra controlada por un nuevo número adimensional obtenido como el cociente entre las fuerzas impulsoras y la fuerza resistente desarrollada entre las partículas en movimiento y aquellas que permanecen estáticas. El modelo fue resuelto numéricamente por medio del método de elementos finitos, logrando una adecuada reproducción de los resultados experimentales de Fullard y col. (2019) para el flujo en silos con una y dos aberturas. Los resultados fueron comparados con(...).

The study and comprehension of the mechanics of granular media is of great importance for the mining industry. From the first stages of an exploitation project, processes of extraction, comminution, transport and storage of fragmented ore should be taken into account, which today are controlled by mechanisms currently unknown. One of the most interesting phenomenas in this regard is the flow of granular material driven by gravity. Between its applications outstand the design of exploitation methods as Block Caving, in which a fracture and disaggregation are induced in the base of the mineralised rock massif, to then extract the fragmented material through an arrangement of openings arranged in the base. In this thesis a novel physico-mathematical model is proposed for granular flows driven by gravity. For its elaboration it is proposed that the particles descend by forming clusters in response to local changes in the tensional state. From this hypothesis, an expression that relates the particle flux density to the driving force is derived, where the latter concept is composed of the divergence of the tensional state and the force of gravity. Along with this, it is postulated that the dynamics is controlled by a new dimensionless number obtained as the quotient between the driving forces and the resisting force developed between the particles in motion and those that remain static. The model was numerically resolved through the finite element method, archiving an adequate reproduction of experimental results of Fullard et al. (2019) to the flow in silos with one and two openings. The results were compared with(...).