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El transporte de gas en materiales de barrera objeto de una tesis doctoral

 

08/10/2018

Medio ambiente

El pasado 5 de septiembre de 2018 tuvo lugar, en el salón de actos de la Facultad de Ciencias Geológicas de la Universidad complutense de Madrid, la defensa de la tesis doctoral de Vanesa Gutiérrez Rodrigo sobre “Transporte de gas en materiales de barrera”, obteniendo la calificación de sobresaliente cum laude con Mención Internacional. Este trabajo, dirigido por los doctores M.ª Victoria Villar y Pedro Luis Martín, investigadores de la Unidad de Geología Ambiental del Departamento de Medio Ambiente del CIEMAT, se enmarca en el proyecto europeo FORGE  (Fate of Repository Gases, Comportamiento final de los gases del almacenamiento), del VII Programa Marco de EURATOM.  Durante su tesis, la ya doctora contó con una ayuda concedida por el CIEMAT como Personal Investigador en Formación.

 
 

El trabajo se encuadra dentro de los estudios relacionados con el almacenamiento geológico profundo de residuos radiactivos de alta actividad. En este tipo de almacenamiento, cuyo diseño incluye barreras naturales (como la roca almacén) y de ingeniería (como la barrera de bentonita que rodea a los contenedores de residuos), tendrán lugar una serie de procesos térmicos, hidráulicos, mecánicos y geoquímicos acoplados durante toda su vida operativa. La tesis doctoral ha estudiado, a escala de laboratorio, el transporte de los gases generados a través de los materiales ubicados en el entorno de los contenedores, tanto materiales de barrera (bentonita FEBEX y MX-80) como rocas encajantes de composición arcillosa (arcilla Opalinus).

  

Los trabajos realizados han mostrado que el transporte de gas en una barrera de bentonita compactada tiene lugar mediante flujo bifásico en muestras no saturadas, que se produce sin modificación de la estructura porosa mientras que, en estados saturados, el flujo de gas sucede mediante apertura y dilatación de trayectorias.

  

En las bentonitas estudiadas el modelo de flujo bifásico tiene lugar para grados de saturación por debajo del 97-98 %. La permeabilidad efectiva disminuye conforme aumenta la densidad seca y el grado de saturación. Existe una buena correlación entre la porosidad accesible (representada por el índice de poros efectivo) y la permeabilidad efectiva, siendo esta última inferior en la bentonita MX-80 por su granulometría más fina.

  

Para muestras completamente saturadas, predomina el mecanismo de transporte de gas mediante apertura y dilatación de caminos. El valor de presión de entrada de gas en la bentonita es superior a la presión de hinchamiento y parece ser inferior a la presión necesaria para fracturar macroscópicamente el material. La relación entre presión de hinchamiento y presión de breakthrough (penetración) es una de las cuestiones sin clarificar en las investigaciones previas, por lo que esta observación es de gran relevancia, aunque su validez está limitada a las condiciones experimentales: material confinado y sin posibilidad de deformación macroscópica.

  

También se ha analizado el papel de las interfases entre bloques de bentonita en el transporte de gas, concluyendo que las interfases existentes entre los bloques de bentonita no supondrán caminos preferentes de paso de gas una vez saturada la barrera de ingeniería, pues la interfase se sella de forma efectiva y los valores de presión de breakthrough obtenidos son semejantes a los esperados en bloques intactos.


 

Imágenes:

  

Imagen 1: La doctoranda, tercera por la derecha, junto al tribunal de tesis y a los directores, a la izquierda.

  

Imagen 2: Diapositiva inicial de la presentación.

  

Figura 3: Variación de la permeabilidad efectiva al gas con el índice de poros efectivo de las dos bentonitas estudiadas.

  

Figura 4: Presiones de paso de gas medidas en los ensayos realizados con bentonita FEBEX comparada con su presión de hinchamiento.

  

Figura 5: Aspecto de una muestra de bentonita con una junta longitudinal antes (izquierda) y después (derecha) de la saturación. La muestra aparece ya confinada en la celda de ensayo.

  
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