Caracterización hidromecánica de mezclas de pellets de bentonita. Estudio experimental y constitutivo.

Abstract

Actualmente, la utilización de energía atómica representa un 16 % del total de la energía que se produce a nivel mundial. Uno de los mayores problemas que afronta su utilización, es encontrar una solución segura para almacenar los residuos resultantes del proceso de producción de energía.<br/>Una de las propuestas más estudiada y aceptada como solución a este problema, es la construcción de depósitos subterráneos donde mantener el residuo aislado durante el resto de su vida activa, ENRESA (2000), Reseal (2000). PRACLAY (1998). Estos depósitos se han diseñado siguiendo el criterio de multibarreras: conjunto de barreras independientes y redundantes que mantienen el residuo aislado. Los residuos se disponen, dentro de contenedores metálicos, en nichos horizontales o verticales, excavados en la roca. Para ellenar el espacio entre la roca y el contenedor metálico se busca un material que representa una verdadera barrera aislante, denominada, barrera de ingeniería. Estos materiales están constituidos mayormente por bentonita.<br/>El Proyecto EB, propone el estudio de un nuevo concepto de almacenamiento subterráneo para residuos radioactivos de larga actividad. El residuo se dispone dentro de contenedores metálicos alojados en nichos horizontales excavados en una roca arcillosa (Opalinus clay), y como material aislante, se utiliza una combinación de bloques y pellets de bentonita compactada. Ambos materiales se fabrican a partir de una misma bentonita, la bentonita Febex, ENRESA (2000).<br/>La presente tesis doctoral, está asociada a los trabajos experimentales de caracterización del comportamiento hidromecánico de la muestras de pellets, realizados en el marco del proyecto EB. Para poder estudiar los aspectos más relevantes de la respuesta del material es necesario combinar distintas técnicas experimentales para el control de la succión (Romero, 2001) y adecuar las distintas metodologías de ensayo.<br/>Los trabajos de tesis se realizaron en tres etapas fundamentales: Una primera etapa en la que se estudiaron las características estructurales de las mezclas de pellets de bentonita. Se prepararon muestras con distintas densidades secas y se realizaron ensayos de porosimetrías de mercurio (MIP) y ensayos de infiltración.<br/>Una vez finalizada esta primera etapa, se definió una metodología de trabajo y se llevaron adelante los distintos ensayos del programa experimental. En esta etapa se describen las distintas técnicas y equipos experimentales y se presentan los resultados obtenidos en los distintos ensayos divididos en tres grupos; ensayos de caracterización del comportamiento hidráulico, en segundo lugar ensayos de expansión, hinchamiento y compresibilidad con control de la succión y finalmente los ensayos realizados para estudiar la influencia del tipo de transferencia de agua y ritmo de mojado en el comportamiento del material.<br/>En la última etapa, se plantearon las bases conceptuales y leyes constitutivas de un modelo adecuado para materiales expansivos (Modelo BExM, Gens & Alonso (1992) y Alonso et al. (1999)). El modelo se implementó en un código numérico utilizando la técnica de diferencias finitas y aplicado al caso de las mezclas de pellets de bentonita. Se detalla la implementación de las distintas ecuaciones y se describe el planteo iterativo utilizado para su resolución. Adicionalmente, se sugiere una metodología para la deducción de los distintos parámetros del modelo, se indican las capacidades del modelo en distintos ejemplos y se comparan las predicciones del modelo con el comportamiento real observado.<br/>Al final de la tesis, se presentan los resultados experimentales obtenidos en un ensayo a mediana escala, llamados ensayos de Columna de Infiltración. El objetivo de estos ensayos es estudiar la respuesta del material en una escala media, en condiciones muy controladas y similares a las de su utilización como material, en una barrera de ingeniería.