Variables de estado en la descripción estadística de empaquetamientos granulares estáticos : Dependencia con el tamaño del sistema

Los materiales granulares se definen como sistemas compuestos de un gran número de partículas macroscópicas que interactúan entre sí de forma disipativa. Al ser sistemas disipativos alcanzan rápidamente el equilibrio mecánico y permanecen en él a menos que se les entregue energía mediante alguna perturbación externa. Tienen la propiedad de permanecer mecánicamente estables en un amplio rango de configuraciones, y estas configuraciones pueden presentar diferentes valores de densidad, estrés, etc. Se ha demostrado que aplicando repetitivamente perturbaciones discretas a un sistema granular confinado en una celda o recipiente, y dejando que el sistema retorne al equilibrio mecánico entre perturbaciones sucesivas, las propiedades correspondientes a cada configuración estática del mismo evolucionan hasta alcanzar un régimen estacionario, con valores medios y fluctuaciones bien definidos. Se ha mostrado también que los valores alcanzados por estas propiedades en el régimen estacionario no dependen de la historia previa que hayan recorrido en el espacio de variables macroscópicas del sistema, sino que resultan determinadas a partir de las características de la perturbación aplicada. La posibilidad de generar estados estacionarios en las configuraciones estáticas de los materiales granulares ha despertado gran interés en distintos grupos de investigación alrededor del mundo. Estos enfocan sus esfuerzos en intentar establecer un marco teórico que permita describir el estado macroscópico de los sistemas granulares a partir de unos pocos parámetros. La propuesta más discutida en la actualidad se basa en la utilización de herramientas de la mecánica estadística y es conocida como la mecánica estadística granular de Edwards. Para llevar adelante este tipo de propuestas resulta indispensable establecer primero bajo qué condiciones es posible reproducir el estado macroscópico de un sistema granular. Mi trabajo de tesis se enfoca en el estudio de la reproducibilidad de las propiedades macroscópicas estructurales y mecánicas de estos materiales en el estado estacionario. Para esto he estudiado la dependencia de estas propiedades con el tamaño del sistema. Este estudio resulta de interés debido a que todos los trabajos existentes en el área, experimentales y numéricos, no obtienen un acuerdo cuantitativo en los resultados, aunque muestren acuerdo en gran parte de su comportamiento cualitativo. La hipótesis central de esta tesis es que el tamaño de la muestra bajo estudio tiene un efecto significativo no trivial en los valores medios y fluctuaciones de cantidades macroscópicas, como la fracción de volumen ocupado y el estrés. El objetivo de esta tesis es entonces elucidar bajo qué condiciones es posible reproducir cuantitativamente resultados obtenidos en experimentos independientes, donde se producen estados estacionarios de configuraciones estáticas con diferentes tamaños de sistemas. Como resultado de este trabajo implementamos un protocolo de medición, sobre regiones específicas del sistema. Con la implementación de este protocolo, seremos capaces de obtener resultados comparables entre sistemas de diferentes tamaños. A partir de esto, encontramos que es posible definir un parámetro que, caracterizando el efecto que la perturbación aplicada induce sobre el sistema, permite predecir el valor alcanzado por la densidad en el estado estacionario. El parámetro propuesto resulta dependiente de la altura de la columna de granos del sistema y de las características propias de la perturbación. También encontramos que un parámetro similar podría ser definido para predecir el valor del estrés en el estado estacionario. El aporte original de este trabajo reside en establecer los criterios para seleccionar la región donde llevar adelante la medida de las cantidades macroscópicas que caracterizan al sistema y definir los métodos que deben utilizarse para que resulte posible la comparación cuantitativa de resultados obtenidos en sistemas de diferentes tamaños.Facultad de Ciencias Exacta

Ergodic-nonergodic transition in tapped granular systems: The role of persistent contacts

Static granular packs have been studied in the last three decades in the frame of a modified equilibrium statistical mechanics that assumes ergodicity as a basic postulate. The canonical example on which this framework is tested consists in the series of static configurations visited by a granular column subjected to taps. By analyzing the response of a realistic model of grains, we demonstrate that volume and stress variables visit different regions of the phase space at low tap intensities in different realizations of the experiment. We show that the tap intensity beyond which sampling by tapping becomes ergodic coincides with the forcing necessary to break all particle-particle contacts during each tap. These results imply that the well-known “reversible” branch of tapped granular columns is only valid at relatively high tap intensities.Fil: Gago, Paula Alejandra. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata. Departamento de Ingeniería Mecánica; Argentina. Imperial College London; Reino Unido. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Maza, Diego. Universidad de Navarra; EspañaFil: Pugnaloni, Luis Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata. Departamento de Ingeniería Mecánica; Argentin

Evolution of pressure profiles during the discharge of a silo

We report measurements of the pressure profile in the outlet plane of a discharging silo. We observe that, whatever the preparation of the granular system, a dynamic Janssen effect is at play: the apparent mass of the grains, i.e. the part of their mass sustained by the base, is significantly smaller than their actual mass because of the redirection of the weight to the lateral wall of the container. The pressure profiles reveal a significant decrease of the pressure in the vicinity of the outlet as the system discharges whereas the flow-rate remains constant. The measurements are thus a direct experimental proof that the flow-rates of granular material through an aperture are not controlled by the local stress conditions

Effect of bevelled silo outlet in the flow rate during discharge

We investigate the effect of a bevelled (or slanted) outlet on the discharge rate of mono-sized spheres from a quasi-two-dimensional silo, using the discrete element method. In contrast to hopper discharges, where the bevelling is across the entire base of the container, we study a bevelled opening that is significantly smaller than the silo width and in which the slanting is limited to half a sphere diameter at the boundary of the outlet. We show that the bevelling increases the flow rate comparably to the inclination in hopper walls. Using Beverloo's model, we relate this increase in rate to what we define as the ‘effective opening’ of the silo and analyse the velocity profiles associated with the discharges. We show that different openings, having effectively the same discharge rates, give rise to distinctly different internal dynamics in the silo. These results have the potential to aid industrial processes by fine-tuning and improving control of silo discharges, with a minimal impact on silo design, thus significantly reducing production and handling costs.Fil: Gago, Paula Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Imperial College London; Reino UnidoFil: Madrid, Marcos Andres. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Boettcher, Stefan. University of Emory; Estados UnidosFil: Blumenfeld, Raphael. Imperial College London; Reino UnidoFil: King, Peter. Imperial College London; Reino Unid

Fáciles y sorprendentes: experiencias de electromagnetismo

Esta idea comenzó en el año 2000, en virtud del delicado equilibrio entre museo histórico y centro participativo de ciencias en que se desarrollan las actividades del Museo de Física. La necesidad de reemplazar los instrumentos de demostración patrimoniales y los altos costos de la construcción de réplicas nos llevó a la idea de la re-producción de instrumentos. El primer paso fue realizado junto a un estudiante de nivel secundario que realizó una pasantía en el Museo de Física, guiado por un docente restaurador. Durante ese año, se seleccionaron de diversos textos de divulgación científica instrumentos para la realización de experiencias sobre electromagnetismo que realmente funcionan, de construcción sencilla y accesible. A continuación, se construyeron dichos instrumentos y se escribieron detalladamente los materiales necesarios, los pasos para la construcción, las posibles fallas y todos los secretos para asegurar su funcionamiento. El siguiente paso tuvo como objetivo comprobar empíricamente que los instrumentos fueran realmente sencillos, de fácil construcción y propicios para el aprendizaje. Esto se llevó a cabo en un Taller de vacaciones, donde chicos de 7 a 14 años construyeron sus propios instrumentos y aprendieron jugando con ellos. Allí se detectaron las principales falencias, dificultades en la construcción y puesta a punto. Aprovechando las posibilidades didácticas evidenciadas, los prototipos construidos fueron incorporados al Museo para formar parte de las clases con orientación fenomenológica e histórica que allí se imparten. Esta manera de abordar el electromagnetismo fue recibida con interés y entusiasmo por parte de docentes y estudiantes, quienes propusieron llevar esta experiencia al aula. Esta sugerencia está basada en la aparente complejidad de la enseñanza y aprendizaje de esta teoría que encuentra una vía sencilla en el abordaje fenomenológico. A través de los instrumentos se puede realizar un recorrido por los fenómenos magnéticos y eléctricos para luego unificarlos en el electromagnetismo.Sección Exactas.Departamento de Ciencias Exactas y Naturale

High intensity tapping regime in a frustrated lattice gas model of granular compaction

In the frame of a well established lattice gas model for granular compaction, we investigate the high intensity tapping regime where a pile expands significantly during external excitation. We find that this model shows the same general trends as more sophisticated models based on molecular dynamic type simulations. In particular, a minimum in packing fraction as a function of tapping strength is observed in the reversible branch of an annealed tapping protocol.Facultad de Ciencias ExactasInstituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológico

Effect of bevelled silo outlet in the flow rate during discharge

We investigate the effect of a bevelled (or slanted) outlet on the discharge rate of mono-sized spheres from a quasi-two-dimensional silo, using the discrete element method. In contrast to hopper discharges, where the bevelling is across the entire base of the container, we study a bevelled opening that is significantly smaller than the silo width and in which the slanting is limited to half a sphere diameter at the boundary of the outlet. We show that the bevelling increases the flow rate comparably to the inclination in hopper walls. Using Beverloo’s model, we relate this increase in rate to what we define as the ‘effective opening’ of the silo and analyse the velocity profiles associated with the discharges. We show that different openings, having effectively the same discharge rates, give rise to distinctly different internal dynamics in the silo. These results have the potential to aid industrial processes by fine-tuning and improving control of silo discharges, with a minimal impact on silo design, thus significantly reducing production and handling costs.Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológico

Clogging transition of many-particle systems flowing through bottlenecks

When a large set of discrete bodies passes through a bottleneck, the flow may become intermittent due to the development of clogs that obstruct the constriction. Clogging is observed, for instance, in colloidal suspensions, granular materials and crowd swarming, where consequences may be dramatic. Despite its ubiquity, a general framework embracing research in such a wide variety of scenarios is still lacking. We show that in systems of very different nature and scale -including sheep herds, pedestrian crowds, assemblies of grains, and colloids- the probability distribution of time lapses between the passages of consecutive bodies exhibits a power-law tail with an exponent that depends on the system condition. Consequently, we identify the transition to clogging in terms of the divergence of the average time lapse. Such a unified description allows us to put forward a qualitative clogging state diagram whose most conspicuous feature is the presence of a length scale qualitatively related to the presence of a finite size orifice. This approach helps to understand paradoxical phenomena, such as the faster-is-slower effect predicted for pedestrians evacuating a room and might become a starting point for researchers working in a wide variety of situations where clogging represents a hindrance.Fil: Zuriguel, Iker. Universidad de Navarra; EspañaFil: Parisi, Daniel Ricardo. Instituto Tecnológico de Buenos Aires; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hidalgo, Raúl Cruz. Universidad de Navarra; EspañaFil: Lozano, Celia. Universidad de Navarra; EspañaFil: Janda, Álvaro. University of Edinburgh; Reino UnidoFil: Gago, Paula Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata. Departamento de Ingeniería Mecánica; ArgentinaFil: Peralta, Juan Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata. Departamento de Ingeniería Mecánica; ArgentinaFil: Ferrer, Luis Miguel. Universidad de Zaragoza; EspañaFil: Pugnaloni, Luis Ariel. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional La Plata. Departamento de Ingeniería Mecánica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Clément, Eric. Universite Pierre et Marie Curie; Francia. Université Paris Diderot - Paris 7; FranciaFil: Maza, Diego. Universidad de Navarra; EspañaFil: Pagonabarraga, Ignacio. Universidad de Barcelona; EspañaFil: Garcimartín, Angel. Universidad de Navarra; Españ

Clogging transition of many-particle systems flowing through bottlenecks

When a large set of discrete bodies passes through a bottleneck, the flow may become intermittent due to the development of clogs that obstruct the constriction. Clogging is observed, for instance, in colloidal suspensions, granular materials and crowd swarming, where consequences may be dramatic. Despite its ubiquity, a general framework embracing research in such a wide variety of scenarios is still lacking. We show that in systems of very different nature and scale -including sheep herds, pedestrian crowds, assemblies of grains, and colloids- the probability distribution of time lapses between the passages of consecutive bodies exhibits a power-law tail with an exponent that depends on the system condition. Consequently, we identify the transition to clogging in terms of the divergence of the average time lapse. Such a unified description allows us to put forward a qualitative clogging state diagram whose most conspicuous feature is the presence of a length scale qualitatively related to the presence of a finite size orifice. This approach helps to understand paradoxical phenomena, such as the faster-is-slower effect predicted for pedestrians evacuating a room and might become a starting point for researchers working in a wide variety of situations where clogging represents a hindrance

Role for Maternal Asthma in Severe Human Metapneumovirus Lung Disease Susceptibility in Children

Background: Severity of human metapneumovirus (hMPV) lower respiratory illness (LRTI) is considered similar to that observed for respiratory syncytial virus (RSV). However, differences in severity between these pathogens have been noted, suggesting the degree of illness may vary in different populations. Moreover, a potential association between hMPV and asthma also suggests that hMPV may preferentially affect asthmatic subjects. Methods: In a population-based surveillance study in children aged <2 years admitted for severe LRTI in Argentina, nasopharyngeal aspirates were tested by RT-PCR for hMPV, RSV, influenza A, and human rhinovirus. Results: Of 3947 children, 383 (10%) were infected with hMPV. The hospitalization rate for hMPV LRTI was 2.26 per 1000 children (95% confidence interval [CI], 2.04-2.49). Thirty-nine (10.2%) patients infected with hMPV experienced life-threatening disease (LTD; 0.23 per 1000 children; 95% CI,. 16-.31/1000), and 2 died (mortality rate 0.024 per 1000; 95% CI,. 003-.086). In hMPV-infected children birth to an asthmatic mother was an increased risk for LTD (odds ratio, 4.72; 95% CI, 1.39-16.01). We observed a specific interaction between maternal asthma and hMPV infection affecting risk for LTD. Conclusions: Maternal asthma increases the risk for LTD in children <2 years old hospitalized for severe hMPV LRTI.Fil: Libster, Romina Paula. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Esteban, Ignacio. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; Argentina. Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Hospital de Pediatría "Juan P. Garrahan"; ArgentinaFil: Bianchi, Alejandra Silvina. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Alva Grimaldi, Luciano. Gobierno de la Provincia de Buenos Aires. Hospital Zonal General de Agudos Doctor Lucio Melendez.; ArgentinaFil: Dueñas, Karina. Gobierno de la Provincia de Buenos Aires. Hospital Interzonal de Agudos Evita.; ArgentinaFil: Sancillo, Andrea. Gobierno de la Provincia de Buenos Aires. Hospital Interzonal de Agudos Evita.; ArgentinaFil: Rodriguez, Andrea. Gobierno de la Provincia de Buenos Aires. Hospital Provincial Evita Pueblo.; ArgentinaFil: Ferrero, Fernando. Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires. Hospital General de Niños Pedro Elizalde (ex Casa Cuna); ArgentinaFil: Stein, Katherine. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Acosta, Patricio Leandro. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ferolla, Fausto Martín. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Bergel, Eduardo. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Caballero, Mauricio Tomás. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Polack, Fernando Pedro. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Pellegrino, Gustavo. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Fernandez Gago, Guadalupe. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Pozzolo, Cecilia. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Castro, Laura. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Almeida, Rodrigo Egues. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Rebec, Beatriz. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: González, Mariela. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Calvo, Mariel. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Henrichsen, Julieta. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Nocito, Celina. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Barbero, Guillermo. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Ves Losada, Juan. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Bonina, Angel. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Flamenco, Edgardo. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Rodriguez Perez, Alberto. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Kobylarz, Alicia. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Raggio, Mirta. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Schavlosky, Graciela. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Caria, Adriana. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Barboza, Edgar. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; ArgentinaFil: Sastre, Gustavo. Fundación para la Investigación en Infectología Infantil; Argentin