Esta tesis estudia el comportamiento hidromecánico de una mezcla a base de pellets de bentonita MX80 (80% en masa de pellets de alta densidad añadiendo polvo) en el contexto de los "Vertical Sealing Systems" franceses (VSS, Cigeo) para sellar adecuadamente estas vías verticales críticas entre los residuos radiactivos Almacenados y la biosfera. Estos VSS están sometidos a una hidratación compleja: una hidratación rápida desde la parte superior de la formación calcárea oxfordiana y una hidratación lateral más lenta desde la argilita callovo-oxfordiana. Estas distintas hidrataciones favorecen el atrapamiento de gas en el fondo del sello, que también se verá afectado por el gas generado por los procesos de corrosión metálica a largo plazo. Por ende, se requiere una visión completa de los VSS bajo solicitaciones hidráulicas y de gas, en la que el IRSN francés ha desempeñado un papel importante al apoyar la investigación actual y poner en marcha la prueba in situ VSEAL, que se está realizando actualmente en el URL de Tournemire (Francia) a una escala de 1/10 del VSS. Primero la tesis realiza una caracterización exhaustiva de los estados inicial y de saturación de la mezcla vertida (a escala microestructural y macroscópica), así como del comportamiento hidromecánico de la mezcla y de sus componentes. Los pellets constituyen el esqueleto, mientras que el polvo rellena el espacio inter-pellet para alcanzar una densidad seca global de 1.49 Mg/m3 con una presión de hinchamiento alrededor de 4 MPa. La caracterización incluyó ensayos de permeabilidad al agua a volumen constante, curvas de retención a diferentes condiciones de contorno mecánicas, ensayos de presión de hinchamiento y edométricos de carga/descarga a distintos estados hidráulicos. Se desarrolló, calibró y puso a punto una columna a escala 1/100 del VSS y con control independiente de la hidratación superior rápida y lateral lenta. La muestra de bentonita (100 mm de diámetro y 350 mm de altura) se humedeció en condiciones de volumen constante. La columna de hidratación estaba instrumentada con transductores de presión de poros y tensión total, sensores de humedad relativa y cuatro controladores independientes de presión/volumen de agua. Inicialmente se realizó una etapa de hidratación de unos 300 días de duración. Al final de esta etapa, se inyectó gas a una velocidad controlada de volumen/presión en dos diferentes contornos (superior e inferior) para determinar la máxima sobrepresión de gas que podía soportar la barrera. Los experimentos también se centraron en la detección de flujos de gas en la interfase en zonas con bajas tensiones efectivas. Los datos del programa experimental han permitido utilizar diferentes modelos de doble porosidad utilizando Code_Bright. Los parámetros del modelo se determinaron a partir de los resultados de laboratorio de los pellets, el polvo y la mezcla. Se adoptaron dos enfoques de modelación diferentes para simular la fase de hidratación a volumen constante. Inicialmente se utilizó un modelo elasto-plástico (Modelo Expansivo de Barcelona en una representación axisimétrica 2D), que considera la micro y la macro-porosidad para comprender mejor los diferentes procesos acoplados y de doble porosidad. También se consideró un modelo numérico de doble porosidad (deformación plana) para considerar la distribución heterogénea de la mezcla y representar la doble estructura con pellets y polvo como dos materiales distintos. Los resultados de la simulación evidenciaron que la mezcla al hidratarse tendía a una distribución más homogénea de la porosidad, a pesar de partir de porosidades contrastantes de las componentes, a medida que los pellets expandían y comprimían el polvo altamente deformable. Los modelos predijeron una tasa de disminución de la succión más rápida (tasa de saturación más rápida).

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