Sinking of an intruder inside a partially fluidized granular material

In recent years, the behavior of granular materials is representing a topic of relevant studies in which many researchers are devoting their work. This material presents, at different external conditions, different behaviors. The interest in these phenomena is justified by the numerous applications in industry. We find it inside the pharmaceutical and chemical industry, mining and agriculture, and most important for us, geophysics in Oil Gas. This master thesis takes the reins from another project, but it is focused to modify the previous basis, evaluating most consisting aspect with the literature. We have observed, analyzed and interpreted the phenomena arising from the interaction between an intruder (disks made of lead) and a granular material (micro-sphere made of glass) partially fluidized at the bottom. Firstly, we have designed and built a system that could impose a mechanical stress, completely different to the previous one, to the material. Therefore, we realized 15 experimental tests, varying some parameters t. We were able to partially assess a new trend, that is not already described in literature. Nevertheless, some experiments were leading our analysis to what has been already theorized by van Hecke et al. for a fully fluidized granular material. We notice how the time of sinking is proportional to the filling height of the container, while is inversely proportional to the weight of the intruder and to the frequency of the harmonic motion, on the bottom of the container. Initially we observe a parabolic motion of the intruder with constant acceleration but, in a second analysis, for a value of frequency f and constant height we see a change of behaviour from parabolic to linear, with constant velocity and this has been already illustrated by van Hecke. This is the consequence of the change from partially fluidized system to fully fluidized system .

Negli ultimi anni, il comportamento dei materiali granulari sta rappresentando un argomento di studi rilevanti a cui molti ricercatori stanno dedicando il loro lavoro. Questo materiale presenta, a differenti condizioni esterne, differenti comportamenti. L'interesse per questi fenomeno è giustificato dalle numerose applicazioni nell'industria. Lo troviamo dentro l'industria farmaceutica e chimica, mineraria e agricola, e la maggior parte importante per noi, la geofisica nell'Oil Gas. Questa tesi di laurea prende le redini di un altro progetto, ma è focalizzata sulla modifica la base precedente, valutando l'aspetto più consistente con la letteratura. Abbiamo osservato, analizzato e interpretato i fenomeni derivanti dall'interazione tra un intruso (dischi di piombo) e un materiale granulare (microsfera in vetro) parzialmente fluidificata nella parte inferiore. In primo luogo, abbiamo progettato e costruito un sistema che potrebbe imporre uno stress meccanico, completamente diverso dal precedente uno, al materiale. Pertanto, abbiamo realizzato 15 prove sperimentali, variandone alcune parametri t. Siamo stati in grado di valutare parzialmente una nuova tendenza, che non è già stata descritta in letteratura. Tuttavia, alcuni esperimenti hanno condotto la nostra analisi a ciò che ha già teorizzato da van Hecke et al. per un materiale granulare completamente fluidificato. Notiamo come il tempo di affondamento sia proporzionale all'altezza di riempimento del contenitore, mentre è inversamente proporzionale al peso dell'intruso e al frequenza del moto armonico, sul fondo del contenitore. Inizialmente noi osservare un moto parabolico dell'intruso con accelerazione costante ma, in a seconda analisi, per un valore di frequenza f e altezza costante vediamo un cambiamento di comportamento da parabolico a lineare, con velocità costante e questo è già stato illustrato da van Hecke. Questa è la conseguenza del cambiamento da parzialmente sistema fluidizzato a sistema completamente fluidificato.