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ES9800058 ^ H

empresa nacional de residuos radiactivos, s.a.

FEBEXFULL-SCALE ENGINEERED BARRIERS EXPERIMENT

IN CRYSTALLINE HOST ROCK

ETAPA PREOPERACIONALINFORME DE SÍNTESIS

2 9 - 1 7

PUBLICACIÓN TÉCNICA NUM. 09 /97

FEBEXFULL-SCALE ENGINEERED BARRIERS EXPERIMENT

IN CRYSTALLINE HOST ROCK

ETAPA PREOPERACIONALINFORME DE SÍNTESIS

enreia

AUTORES

AITFMINJ.L. Fuentes-Cantillano; J.L García-Siñeriz; i. Obis;A. Pérez

CIFMAJi. Alberdi; J.M. Bateóla; R. Campos; J. Cuevas; Ag.M9. Fernández; F. Gomero;M. García; P. Gómez; A. Hernández; A. Hiera; P.L Martín; A!. Ml. Melón;M. Mingarro; F. Ortuño; J. Pardillo; M. Peloyo, P. Rivas; V. Rodríguez; M I lunero;M'.V. Villar

CSIC-laidínF. Caballero; C. Jiménez de Cisneros; i. Linares

TFCNOSM.A. Martínez

ULCi. Samper; J. Delgado; R. Juncosa; i. Molinero

UPC-DITF. Alonso; J. Carrera; A. Gens; Al García-Molina; 1. Guimera; ido H. Guimaraes;A. Lloret, i Martínez

UPMF.J.FIorza;J.LBorregón

La edición técnica de este informe ha sido hecha por P. Fariña (DM Iberia, S.A.)yJ. Farias (Geocontrol, S.A.), bajo la dirección de F. Huertas (FNRFSA).

ÍNDICE

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índice

PREFACE XVII

EXECUTIVE SUMMARY XXI

PREFACIO XXIX

RESUMEN XXXIII

SIGLAS MAS UTILIZADAS XLI

1. INTRODUCCIÓN 1

1. / Aspectos generales 3

1.2 Experimentación previa-barrera de arcillo 4

1.2.1 Estudios de las arcillas esmectíticas españolas 4

1.2.2 Selección del material candidato 4

1.2.3 Evaluación de la fabricación y construcción de la barrera de arcilla 4

1.2.4 Estudios de longevidad 4

1.2.5 Estudios de los procesos generados por flujo termohidráulico 5

1.2.6 Estudios de comportamiento termoîdroinecánico 5

1.3 Concepto de referencia español 5

1.4 Descripción general del FEBEX 5

1.4.1 Ensayo "in situ". 5

1.4.2 Ensayo en "moqueta" 7

1.4.3 Ensayos de laboratorio 8

1.5 Objetivos 8

1.6 Resultados esperados del experimento. 9

1.7 Areas problemáticas 10

2. BENTONITA: ORIGEN Y PROPIEDADES 132.1 Origen y aspectos generales de la bentonita FEBEX 15

FEBEX. Etapa preoperacional. Informe de síntesis

2.2 Composición mineralógica y química 16

2.2.1 Composición mineralógica 16

2.2.2 Composición química 16

2.3 Propiedodes de identificación 16

2.4 Propiedodes mecánicas 19

2.4.1 Resistencia a compresión simple y triaxial 19

2.4.2 Compresibilidad-ensayos edomém'cos 19

2.4.3 Superficie de estado 20

2.4.4 Presión de hinchamiento 20

2.4.5 Hinchomiento bajo carga 21

2.4.6 Módulo elástico de corte (G) 21

2.4.7 Rigidez de ¡untos 21

2.5 Propiedades hidráulicas 23

2.5.1 Conductividad hidráulica saturada 23

2.5.2 Permeabilidad relativa 24

2.5.3 Relación succión/humedad 24

2.6 Propiedades térmicas 26

2.6.1 Calor específico 26

2.6.2 Conductividad térmica. 26

2.6.3 Coeficiente lineal de dilatación térmica 27

2.7 Otras propiedodes 27

2.7.1 Agua intersticial 27

2.7.2 Porosidad 28

2.7.3 Capacidad de sardón 28

2.7.4 Caracterización microbiológico 29

3. ENSAYO "IN SITU" 31

3.1 Descripción general 33

3.2 Situación del ensayo 33

3.3 Características de la galería FEBEX 34

3.3.1 Ubicación y geometría 34

3.3.2 Excavación 36

3.3.3 lona de ensayo 36

3.4 Caracterización hidrogeológica 36

3.4.1 Geología 36

3.4.2 Mapa geológico de la galería FEBEX 37

IV

índice

3.4.3 Estimación y medida del caudal de fluencia a la galena FEBEX. 37

3.4.3.1 Estimación del caudal antes de lo excavación de la galería 37

3.4.3.2 Medidas del caudal hacia la galería 37

3.4.4 Análisis hidrogeológico y modelación 40

3.4.4.1 Disaetización 41

3.4.4.2 Calibración 41

3.4.5 Discusión y resultados 42

3.4.6 Conclusiones 49

3.5 Caracterización hidrogeoquímica 49

3.6 Otros datos de caracterización de la roca 52

3.6.1 Deformabilidady resistencia 52

3.6.2 Curva de retención 52

3.7 Bloques pora la barrera de arcilla 52

3.7.1 Diseño 52

3.7.2 Fabricación 52

3.7.3 Embalaje, manipulación, transporte y almacenaje 52

3.8 Sistema de calentamiento 55

3.8.1 Calentadores 55

3.8.1.1 Características generales 55

3.8.1.2 Características mecánicos 56

3.8.1.3 Características eléctricas 56

3.8.2 Tubo guía 56

3.8.3 Sistema de regulación de potencia 58

3.8.3.1 Equipos de regulación 58

3.8.3.2 Procedimientos de control 53

3.8.4 Garantía y control de calidad 60

3.9 Instrumentación y control 60

3.9.1 Sensores 60

3.9.1.1 Tipos y ubicación 60

3.9.1.2 Características 60

3.9.2 Instrumentación para la medida de gases 65

3.9.3 Probetas para el estudio de la corrosión 65

3.9.4 Trazadores químicos 66

3.9.5 Monitorización y control 66

V


3.9.5.1 Objetivos y estructuro 66

3.9.5.2 Sistemalocal 66

3.9.5.3 Sistema remoto 67

3.9.5.4 Comunicaciones 69

3.9.6 Procedimientos ée garantía y control de calidad 69

3.10 Instalación 70

3.10.1 Infraestructura y servicios 70

3.10.1.1 Servicios básicos 70

3.10.1.2 Sondeos 70

3.10.1.3 Solero y plataforma de hormigón 70

3.10.2 Construcción de la barrera de arcilla 71

3.10.2.1 Pruebas preliminares 71

3.10.2.2 Procedimiento de montaje 71

3.10.2.3 Montaje y cableado de sensores 74

3.10.3 Inserción de los calentadores 74

3.10.4 Tapón de hormigón 77


3.11 Modelación 81

3.11.1 Termohidrtmecánica (THM) 81

3.11.1.1 Objetivos 81

3.11.1.2 Características de los análisis 81

3.11.1.3 Coso Base 84

3.11.1.4 Estudio paromérrico 88

3.11.1.5 Análisis 2-D: sección longitudinal 93

3.11.1.6 Conclusiones 95

3.11.2 Modelación termo-hidroêoquímica (THG) 95


3.11.2.2 Trazadores 97

3.11.2.3 Modelo conceptual THG 98

3.11.2.4 Modelo numérico THG 100

3.11.2.5 Resultados de la modelación THG: Caso Base 100

3.11.2.6 Análisis de sensibilidad 101


3.12 Operación 105

3.12.1 Pruebas iniciales y puesta en marcha 105

VI

índice

3.12.2 Proceso de información 106

3.12.3 Resultodos preliminares 106

4. ENSAYO EN "MAQUETA" 107

4.1 Descripción general 109

4.2 Componentes del ensayo 109

4.3 Estructura de confinamiento y sistema de hidratadón 109

4.3.1 Estructura de confinamiento 109

4.3.2 Sistema de hidratación 110

4.3.2.1 Conexión con la estructura de confinamiento / / /

4.3.2.2 Tipo de agua 111

4.3.2.3 Control y monitorización del suministro de agua 112


4.4 Bloques pora la barrera de arcilla 113

4.4.1 Diseño 113

4.4.2 Fabricación 114

4.4.3 Embalaje, transporte, almacenaje y manipulación 115

4.5 Sistema de calentamiento 115

4.5.1 Calentadores 115

4.5.1.1 Características generales 115

4.5.1.2 Características mecánicos 116

4.5.1.3 Características eléctricas 116

4.5.1.4 Mecanizado 116

4.5.1.5 Montaje / //

4.5.2 Sistemas de control y monitorización de los calentadores 117

4.5.2.1 Elementos principales del sistema de control de los calentadores. 117

4.5.2.2 Procedimiento de control 118


4.6 Instrumentación y sistema de adquisición de datos (SAD) 119

4.6.1 Sensores 119

4.6.2 Descripción de la distribución de los sensores de la barrera de arcilla 119

4.6.3 Codificación de los sensores 120

4.6.3.1 Sensores en la barrera de arcilla 120

4.6.3.2 Sensores de temperatura en los calentadores 122

4.6.3.3 Sensores de temperatura en la superficie de la estructura de confinamiento 122

4.6.4 Probetas metálicas para estudio de la corrosión 122


4.6.5 Trazadores 122

4.6.6 Sistema de adquisición de datos (SAD) 123

4.6.6.1 Elementos del SAD 123

4.6.6.2 Software 125


4.7 Montaje del ensayo 127

4.7.1 Edificio e infraestructura 127

4.7.2 Estructura de confinamiento 127

4.7.2.1 Transporte e instalación 127

4.7.2.2 Limpieza 127

4.7.2.3 Conexión y pruebas de estanqueidaddel sistema de hidratación 128

4.7.2.4 Limpieza de las boquillas 128

4.7.2.5 Colocacióndelsistemadefiltro 128

4.7.2.6 Superficie de hidratación 128

4.7.3 Instalación de la barrera de arcillo 129


4.7.3.2 Montaje de un soporte central para iniciar la instalación de los bloques 129

4.7.3.3 Montaje de la barrera de arcilla 129

4.7.4 Instalación de los calentadores 129

4.7.5 Instalación de sensores 129

4.7.6 Instalación de probetas para estudio de lo corrosión 130

4.7.7 Instalación de trazadores 130

4.7.8 Control y garantía de calidad 133

4.8 Modelación 134

4.8.1 Termohidrmecánica 134


4.8.1.2 Características de los análisis 135

4.8.1.3 Análisis THM 135

4.8.1.4 Análisis incluyendo inundación inicial 136


4.8.2 Modelación termoMidroêoquímico (THC) 143

4.8.2.1 Introducción 143

4.8.2.2 Trazadores 143

4.8.2.3 Modelo conceptual y numérico TH6 143

4.8.2.4 Resultados de la modelación THG: Caso Base 145

índice

4.8.2.5 Análisis de sensibilidad 148


4.9 Etapa operacional del ensayo 153

4.9.1 Hidratación de la barrera de arcilla 755


4.9.1.2 Llenado de los tanques 153

4.9.1.3 Hidratación inicial 153

4.9.1.4 Hidratación definitiva. 154

4.9.2 Calentamiento 154


4.9.2.2 Calentamiento inicial 155

4.9.2.3 Régimen permanente 155

4.9.2.4 Emergencias 155

4.9.2.5 Mantenimiento 156

4.9.3 Gestión de los datos 156

4.9.3.1 Base de datos 156

4.9.3.2 Transferencia de datos 156

4.9.3.3 Tratamiento de datos 157

5. PROGRAMA DE ENSAYOS DE LABORATORIO 159

5.7 Ensayos de caracterización y obtención de parámetros. 161

5.2 Ensayos termohidro-mecánicos 162

5.2.1 Ensayos de calibración de modelos mediante retroanólisis 162

5.2.2 Ensayos dirigidos al avance en el conocimiento del comportamiento THM de arcillas expansivas 163

5.3 Ensoyos termo4iidroêoquímicos 163

5.3.1 Ensayos en celdas termohidróulicos 163


5.3.1.2 Tipo de ensayos 164

5.3.2 Ensayos de cambio iónico 165

6. Programa de garantía de calidad/control de calidad 167

6.1 General 169

6.2 La garantía de calidad en ENRESA 169

6.3 La garantía de calidad en el proyecto EEBEX. 169

6.3.1 Dificultades previstas 169

6.3.2 Elementos del sistema de garantía de calidad 170

6.3.2.7 Control de documentos 170

IX


6.3.2.2 Progromo general de garantía de calidad (60 170

6.3.2.3 Procedimientos administrativos 171

6.3.2.4 Control de diseño 171

6.3.2.5 Control de suministos 172

6.3.2.6 Montaje de los dos ensayos a gran escala 173

6.3.2.7 Planes de mantenimiento y calibraciones periódicas 173

6.3.2.8 Modelación 173

6.3.2.9 Ensayos de laboratorio 174

6.3.2.10 Intervenciones periódicas de Garantía de Calidad 174

6.3.3 Areas con problemas 174

6.4 Conclusiones 174

7. ETAPAS FUTURAS DEL EXPERIMENTO 177

7. / Etapa operocional 179

7.2 Etapa de desmantelamiento 179

7.3 Etapa de evaluación final del experimento completo 180

8. CONCLUSIONES 181

8.1 Conclusiones en relación con el primer objetivo 183

8.1.1 Eactibilidad de la construcción del sistema de barreras de ingeniería 183

8.1.2 Experiencia adquirida en relación con el diseño de un almacenamiento 183

8.1.3 Programa de garantía y control de calidad 184

8.2 Conclusiones en relación con el segundo objetivo 184

8.3 Conclusiones en relación con el tercer objetivo 185

8.4 Conclusiones de carácter general 185

9. REFERENCIAS 187

índice

ÍNDICE DE FIGURAS

Figuro 1.1. Sección longitvdinol de una galería de almacenamiento en el concepto de referencia español en granito 6

Figura 1.2. Esquema general del ensayo "insitv" 6

Figura 1.3. Esquema general del ensayo en "maqueta" 7

Figura 2.1. Presión de hinchomiento en función de la densidad seca 20

Figura 2.2. Deformaciones por hinchamiento para diferentes cargas verticales aplicadas. El valor de la densidad seca

inicialse indica para cada punto 22

Figura 2.3. Desplazamientos entre los labios de uno ¡unta para diversos grados de saturación 23

Figura 2.4. Conductividad hidráulica saturada en función de la densidad seco 24

Figura 2.5. Relación succión/humedad 25

Figura 2.6. Conductividad térmica en función del grado de saturación 27

Figura 3.1. Plano de situación del GIS 34

Figura 3.2. Laboratorio subterráneo de NAGRA en Grimsel 35

Figura 3.3. Disposición general de algunos elementos principóles en la zona de ensayo 35

Figura 3.4. Mapa geológico regional simplificado 38

Figuro 3.5. Corte geológico del área de Grimsel, en el que se muestran las estructuras geológicas principales y su posición

relativa con los túneles KWO y GTS 38

Figura 3.6. Mapa geológico de la galería FEBEX 39

Figura 3.7. Proyección en planta de las estructuras representadas en los modelos de flujo. Condiciones de contorno 40

Figura 3.8. Malla 3-D 42Figura 3.9. Curvas de igual nivel piezométrico y residuos obtenidos con los modelos IAR-SIN (abajo) y COR-SIN

(arribo) (vista en planta, o lo cota de las galerías). Los residuos son la diferencia entre el nivel medidoy el nivel calculado 43

Figura 3.10. Curvos de igual nivel piezométrico y residuos calculados pora los modelos LAR-SIN (abajo) y COR-SIN(arribo) (sección vertical que paso por el eje de la galería FEBEX) 44

Figura 3.11. Niveles piezométricos calculados con el modelo COR-SIN (arriba); niveles calculados con el modelo LAR-SIN(abajo) 45

Figuro 3.12. Vista en planta de la piezometrío calculada y residual con los modelos COR-CON (abajo) y LAR-CON (arriba).Los números entre paréntesis son medidas no estabilizados 46

Figuro 3.13. Sección vertical con la piezometría calculada y residual, con los modelos COR-CON (abajo) y LAR-CON (arribo).Los números entre paréntesis son medidas no estabilizadas 47

Figura 3.14. Niveles piezométricos calculados con el modelo LÁR-CON (arriba); niveles calculados con el modelo COR-CON

(abajo) 48

Figuro 3.15. Curvas de retención del granito y del lamprófido en las cercanías de la galería FEBEX 54

Figura 3.16. Geometría de la barrera 54

Figura3.17. Formas y dimensiones de los bloques 55

Figura 3.18. Aspecto constructivo de los calentadores 57XI


figura 3.19. Sistema de sellado de los pasos de cobles 57

Figura 3.20. Tubo guía 5?

Figura 3.21. Esquema básico de los equipos de regulación de potencia 59

Figura 3.22. Disposición de las secciones instrumentadas 62

Figura 3.23. Posición ñnal de sensores en lo Sección Fi 63

Figura3.24. Posición de sensores en los sondeos SF21, SF22, SF23ySF24 64

Figura 3.25. Estructura del sistema local de monitorizoción y control. 67

Figura 3.26. Pantalla de visualización de datos (sección longitudinal de temperaturas) 68

Figura 3.27. Pantalla de la sección F2 68

Figura 3.28. Estructuro del sistema remoto 69

Figura 3.29. Estructura del sistema de comunicaciones 70

Figura 3.30. Sondeos perforados desde lo galería 71

Figura 3.31. Plataforma de hormigón 72

Figura 3.32. Instalación para pruebas preliminares en Toledo 72

Figura 3.33. Secuencia de construcción de la barrero de arcilla 73

Figura 3.34. Receptáculo del calentador después de construida la barrera de arcilla 75

Figura 3.35. Sección transversal típica de la barrera de arcilla 75

Figura 3.36. Montaje y cableado de sensores. 76

Figura3.37. Canal de cables por la solera de lo galería 76

Figura 3.38. Carro de transporte e inserción de calentadores 77

Figura 3.39. Maniobra de inserción de calentadores 78

Figura 3.40. Vista del calentador en su posición final 79

Figura 3.41. Sección longitudinal del tapón de hormigón 79

Figura 3.42. Tubos de paso de cables a través del tapón 82

Figura 3.43. Perfiles de densidades secas y volúmenes de huecos de la barrera 82

Figura 3.44. Geometría y discretizoción en 1-D. Nodos y elementos utilizados en la presentación de los resultados. 85

Figura 3.45. Variación de la temperatura con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D 55

Figuro 3.46. Distribución de la temperatura en la barrera de arcilla a varios tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D 86

Figuro 3.47. Distribución de la temperatura en el macizo rocoso a vanos tiempos. Análisis delCoso Base en 1-D 86

Figura 3.48. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis del Coso Base en 1-D 87

Figura 3.49. Distribución del grado de saturación a vanos tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D 87

Figura 3.50. Variación de la porosidad con el tiempo. Análisis del Coso Base en 1-D 89

Figura 3.51. Distribución de los desplazamientos radiales a varios tiempos, lona Próxima. Análisis del Caso Base en 1-D.... 89

Figura 3.52. Distribución de lo presión radíala varios tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D 90

Figura 3.53. Distribución del grado de saturación a varios tiempos. Análisis KB 90

índice

Figura 3.54. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis KB. Se han incluido los resultados del análisis delCaso Base en 1-0 (símbolos en negro) para su comparación 91

Figura 3.55. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis KB (desaturación del granito) y KBPG (sin

desaturación del granito) 91

Figura 3.56. distribución del grado de saturación a varios tiempos. Análisis KG. 92

Figura 3.57. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis KG. Se han incluido los resultados del análisis delCaso Base en 1-D (símbolos negros) pora su comparación 92

Figura 3.58. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis SH (desaturación del granito) y PGSH (sin

desaturación del granito) 93

Figura 3.59. Malla axisimétrica en 2-D: sección longitudinal. 94

Figura 3.60. Distribución de la temperatura a varios tiempos. Análisis 2-ü: sección longitudinal. Coso Base 94

Figura 3.61. Variación de la temperatura con el tiempo. Análisis 2-D: sección longitudinal. Comparación con el Caso Base 96

Figura 3.62. Distribución del grado de saturación a varios tiempos. Análisis 2-D: sección longitudinal 96Figura 3.63. Modelos conceptuales de hidratación del ensayo "in situ". FlModelo 1 (parte superior) corresponde o la

bidratación desde fuera, mientras que el Modelo 2 (parte inferior) corresponde a la bidratación mixta, tantodesde fuera como a través de las ¡untas transversales 99

Figura 3.64. Predicción del avance del frente de saturación a través de la barrera de arcilla en el ensayo "in situ" 102

Figura 3.65. Distribución espacial en la barrera de arcilla del ion ioduro al cabo de 1100 días, para distintas hipótesis sobreretención y exclusión 102

Figuro 3.66. Distribución espacial de la concentración del anión borato en el ensayo "in situ" calculada al cabo de 50

y 1100 días. La figura representa una sección perpendicular al eje de la barrera 103

Figura 3.67. Registro de temperaturas y potencias en el calentador ns 1 105

Figura 4.1. Esquema general del ensayo en "maqueta" 110

Figuro 4.2. Tanques de hidratación. Detalle del sistema de pesaje 112

Figura 4.3. Geometría de la barrera 113

Figura 4.4. Formas y dimensiones de los bloques 114

Figura 4.5. Distribución de las secdonesde instrumentación 121

Figura 4.6. Sistema de coordenadas en el ensayo en "maqueta" 121

Figura 4.7. Estructura del SAD distribuido HELIOS. Interfax aplicación • PC de control 124

Figura 4.8. Estructura del SAD distribuido HELIOS. Configuración general del sistemo 124

Figura 4.9. Sistemo de control de calentadores (SCC). Esquema general 125

Figura4.10. Control general del ensayo. Datos y elementos accesibles 126

Figura 4.11. Datos y elementos accesibles de los calentadores 126

Figura 4.12. Instalación de la estructura de confinamiento 128

Figura 4.13. Esquemo de la secuencia de montaje de una rebanada de la barrero de arcilla 130

Figura 4.14. Forma de instalación de las rebanadas de bloques 131

Figura 4.15. Inserción de los calentadores. Mesa de rodillos (arriba), calentador A (abajo izq.) y calentador B (abajo der.) . 132

Figura 4.16. Detalle de lo instalación de los sensores de presión. 132

FEBEX. Etapa preoperocional. Informe de síntesis

Figura 4.17. Instalación de las probetas de corrosión 133

Figura 4.18. Método de instalación de los trazadores en cápsulas 133

Figura 4.19. Distribución de densidad y volumen de huecos en lo barrera de arcilla 134

Figura 4.20. Distribución de la temperatura a varios tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D 137

Figura 4.21. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D 137

Figura 4.22. Distribuciones del grado de saturación a varios tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D 138

Figura 4.23. Variación de la porosidad con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D 138

Figura 4.24. Distribuciones de desplazamientos radiales con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D 139

Figura 4.25. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis SH. Se ban incluido los resultados del análisis del

Caso Bose en 1-D (símbolos negros) para su comparación 139

Figura 4.26. Malla en 2-D. Corte axisimétrico con elementos • ¡unta 140

Figura 4.27. líneas de igual grado de saturación cuatro días después de la inundación. Análisis con elementos • junta 141

Figuro 4.28. líneas de igual grado de saturación 100 días después de la inundación. Análisis con elementos -junta 141

Figura 4.29. líneas de igual grado de saturación tres años después de la inundación. Análisis con elementos - junta 142Figura 4.30. Posibles modelos conceptuales de hidratoción de la barrera de arcilla: 1) hidratación puramente radial

(Figura superior) y 2) bidratación radial más hidratación inicial a través de los ¡untas (hasta que quedenselladas) 145

Figura 4.31. Predicción del avance del frente de saturación a través de la barrero de arcilla en el ensayo en "maqueta" 146

Figuro 4.32. Volúmenes acumulados de aguo inyectada en el ensayo en "maqueta". Los símbolos representan los valoresmedidos, mientas que la línea continua corresponde a los valores calculados con el Modelo 2 de hidratación ..147

Figura 4.33. Distribución espacial en la barrera de arcillo (ensayo en "maqueta") del ion ioduro al cabo de 1100 días,paro distintos valores deKd 147

Figura 4.34. Distribución espacial de la concentración del anión perrenato en el ensayo en "maqueta" al cabo de 50(parte superior) y 1100 días (parte inferior). La figura represento una sección perpendicular al ejede la barrera 149

Figura 4.35. Distribución espacial del ion ioduro en la barrera de arcilla (ensayo en "maqueta") al cabo de 1100 días,para distintas funciones de permeabilidad relativa (ecuaciones de irmay y van Genuchten) y coeficiente dedistribución igual acero 150

Figuro 4.36. Distribución espacial del ion ioduro en la barrera de arcilla (ensayo en "moqueta") al cabo de 1100 días,para distintos valores del coeficiente de difusión efectivo (De = 3 • 10-11 y 9 • / 0 " rd/s) 150

Figura 4.37. Distribución espacial del ion ioduro en lo barrera de arcilla (ensayo en "maqueta") al cabo de 1100 días,para distintos tipos de condiciones de contomo externo (condición de flujo mósico o condición deconcentración fija) 151

Figura 4.38. Distribución espacial de lo concentración del ion ioduro en el agua intersticial de la barrera de arcilla (ensayoen "maqueta") al cabo de 1100 días, para distintos valores de la porosidad accesible (con y sin exclusiónoniónica). Nótese que cuando existe exclusión, lo porosidad accesible es menor y por tonto, a igualdaddel resto de los factores, la concentración del ioduro en el aguo de los poros accesibles es mayor que laque alcanzarlo en ausencia de fenómenosde exclusión 152

índice

ÍNDICE DE TABLAS

latía 2.1. Composición químico de las bentonitas S-2 y FEBEX 17

Jabla2.2. Vobres medios del complejo de cambio 18

Tabla 2.3. • Propiedades de identificación 18

Tabla 2.4. Parámetros de resistencia obtenidos en ensayos triaxiales con probetas no saturadas fabricadas con la

humedad de equilibrio de la arcilla en las condiciones de laboratorio y diferentes densidades iniciales 19

Tabla 2.5. Parámetros edométricos 20

Tabla 2.6. Presiones de hinchamiento para densidades secas nominales de 1,60 y 1,70 g/crr? 21

Tabla 2.7. Hinchamiento bajo carga vertical (bentonita FEBEX) 21

Tabla 2.8. Módulo elástico de corte obtenido en los ensayos de columna resonante 22

Tabla 2.9. Conductividad hidráulica saturada para densidades secos nominales de 1,60 y 1,70 g/crrfi 24

Tabla 2.10. Relación entre succión y humedad 25

Tabla 2.11. Conductividad térmica para densidades secas nominales de 1,60 y 1,70 g/crr? 26

Tabla 2.12. Composición química del agua intersticial de la bentonita S-2 28

Tabla 2.13. Resultados de sorción en "batch" y Id 29

Tabla 2.14. Recuento de los diferentes grupos de bacterias encontrados en la bentonita FEBEX. 30

Tabla 3.1. Composición química de las aguas de sondeos perforados desde la galería FEBEX o en su proximidad 50

Tabla 3.2. Resultados de los ensayos de compresión simple sobre la roca de Brimsel, realizados durante la etapa

preoperacional 53

Tabla 3.3. Dimensiones constructivas de los bloques 53

Tabla 3.4. Valores medios de las propiedades físicas y número de bloques fabricados 53

Tabla 3.5. Características de los elementos calefactores 58

Tabla3.6. Sensores instalados 61

Tabla 3.7. Código de identificación de sensores 65

Tabla 3.8. Datos del carro de inserción y del cabrestante de arrastre 78

Tabla 3.9. Dosificación del hormigón utilizado en la construcción del tapón 80

Tabla 3.10. Resultados de los análisis del hormigón 80

Tabla 3.11. Trazadores seleccionados para el ensayo "in situ" 97

Tabla 3.12. Información sobre los trazadores utilizados en el ensayo "in situ". Forma de aplicación: SSS = cápsulasinterizada; CP=pastilla de bentonita compactada; FP=papel de filtro 98

Tabla 3.13. Parámetros de transporte de la bentonita y del granito: ft = difusión molecular efectiva; O = porosidad;

a ¡ - dispersividad longitudinal 100

Tabla 4.1. Composición del aguo para hidratación de la barrera de arcilla / / /

Tabla 4.2. Dimensiones de construcción de los bloques 114

Tabla 4.3. Valores medios de las propiedades físicas y número de bloques fabricados 115XV


Tabla 4.4. Sensores instalados en elensayo en "maqueta" 120

Tabla 4.5. Trazadores seleccionados para elensayo en "moqueta" 144

Tabla 4.6. Masas de trazador (y concentración, en el caso del iodo) en el ensayo en "maqueta"; SW: disoluciónen el agua de saturación; SSS: cápsula sinterizada; CP: pastilla de bentonita compactada; FP: papelde futro 144

PREFACE

NEXTPAQE(S)toft BLANK

Preface

The FEBEX project is be ing co f i nanced by the ECunder contract Fl 4WCT950006. In addition to theEC, seven partners from three countries of the EU(France, Germany, and Spain) as well as one fromEFTA (Switzerland) are participating in the project.ENRESA is the coordinating partner with NAGRAassisting in coordinating some aspects.

The project consists of two large-scale tests and aseries of complimentary laboratory tests. The workis being executed by the following organizations:

Ü CIEMAT, AITEMIN, UPC-DIT (CIMNE), ULC,CSIC-Zaidin, and UPM (SPAIN)

3 ANDRA and G.3S (FRANCE)

U GRS (GERMANY)

This report includes a synthesized description ofthe experiment from its conception through the ins-tallation of the two large-scale tests (from themiddle of 1994 to the beginning of 1997, pre-operational stage). The experiment is described indetail in a series of specific reports. Chapter 9, Re-ferencias, lists the titles of those reports.

Although each participating group wrote the sec-tions on their particular work, this report is the re-sult of the technical review, and editing, by P. Fari-na and J. Farias (Technical Secretariat, ST) underthe direction of F. Huertas (Project Director, ENRE-SA); however, in the text, the contribution of eachresponsible participating group is indicated.

This Pre-Operational Stage Report has ninechapters, in addition to this preface and the fo-llowing summary. The general content of eachchapter is indicated below.

Chapter 1 describes, in general terms, the diffe-rent parts of the project as well as the justification,objectives, expected results, and anticipated uncer-tainties. This chapter has been written by the ST,with the collaboration of CIEMAT, but the ideas arethose of all of the participating groups.

Chapter 2 contains the synthesis of the resultsfrom the characterization tests on the FEBEX bento-nite that was used in the construction of the claybarriers of the two large-scale tests, and is conti-nuing to be used in the laboratory tests. CIEMAT,CSIC-Zaidin, and UPC-DIT performed characteri-zation tests, but CIEMAT contributed the majority ofthe data.

Chapter 3 refers to the "in situ" test. This chapterincludes the design, fabrication, and installation ofthe physical components of the test, which were theresponsibility of AITEMIN. It also includes thehydrogeologic and hydrochemical characterizationof the rock mass surrounding the FEBEX drift; thehydrogeologic study was made by UPC-DIT, withCIEMAT contributing to its geologic content andbeing in charge of the sampling and chemical ana-lyses of the water. In addition, the pre-operationalmodeling of the thermo-hydro-mechanical (THM)and thermo-hydro-geochemical (THG) processes,made by UPC-DIT and ULC, respectively, are inclu-ded in this chapter.

The content of Chapter 4 refers to the "mock-up"test and is parallel to that of Chapter 3. CIEMATwas in charge of the design, fabrication, and insta-llation, while UPC-DIT and ULC were, as with the"in situ" test, responsible for the modeling (THMand THG).

Chapter 5 summarizes the laboratory testing pro-gram that will be performed during the operationalstage (heating-cooling of the two large-scale tests).CIEMAT, UPC-DIT, and CSIC-Zaidin will performthese tests.

The Quality Assurance Program applied to theproject is described in Chapter 6. The program isbased on the Quality Assurance system of ENRESA,that, during this pre-operational stage, was exten-ded to the participating organizations. The QualityManagement Department (Departamento de Ges-tión de Calidad) of ENRESA wrote the general pro-cedures for the groups and managed the imple-mentation of the program.

In Chapter 7, the content and duration of the va-rious stages are outlined through the end of theproject in the year 2001.

Chapter 8 includes the global conclusions, rea-ched in this pre-operational stage, related to theobjectives of the project.

Chapter 9 consists of a list of references. Al-though a large number of bibliographic referenceshave been utilized in this project, the only referen-ces included herein are the specific reports in whichthe details of the various tasks performed in thepre-operational stage are described plus a fewother reports considered indispensable. Each speci-fic report contains its own list of references.

XIX

EXECUTIVE SUMMARY

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Executive summoiy

Introduction

The FEBEX (full-scale Engineered Barriers Experi-ment) consists of an "in situ" test, in natural condi-tions and at full scale; a "mock-up" test, at almostfull scale; and a series of laboratory tests to com-plement the information from the two large-scaletests.

The aim of the project is the study of the behaviorof components of the near field for a repository ofhigh-level radioactive wastes (HLW) in crystallinerock. The following three objectives were esta-blished:

First Demonstration of the feasibility of cons-tructing the engineered barriers system.

Second Study of the thermo-hydro-mechanical(THM) processes in the near field.

Third Study of the thermo-hydro-geochemical(THG) processes in the near field.

The complexity of the project is justified because-after the studies, in prior R&D plans, of the cha-racterization of the granite rock mass and of thethermal, hydraulic, mechanical, and geochemicalbehavior of the materials for the clay barrier- EN-RESA arrived at the conclusion that a relevant ad-vance in the knowledge of the behavior of the nearfield only can be obtained by means of a very com-plete experiment, as FEBEX.

The demonstration objective is expected to beattained primarily in the "in situ" test. The THM andTHG processes also need to be studied in the "insitu" test, as it is a representation of a real reposi-tory. However, the study of processes and variablesas well as the development, verification, and vali-dation of the numerical models require less com-plex systems, i.e. as in the "mock-up" test and thevery simplified and controlled laboratory tests, thanthose found in the natural state.

The experiment is based on the Spanish referenceconcept for crystalline rock (AGP Granito), in whichthe canisters enclosing the conditioned waste areplaced horizontally in drifts and surrounded by aclay barrier constructed of highly-compacted ben-tonite blocks.

The project will last about 7 years (1994 through2001) and its execution has been divided into fourstages: pre-operational (planning, design, charac-terization of the bentonite, installation, and mode-ling); operational (heating, monitoring, cooling,and verification of predictions); dismantling (extrac-tion, inspection, sampling, and study of the mate-

rials); and final evaluation of the results and verifi-cation of the models.

This report covers the work performed in the pre-operational stage (from the middle of 1 994 to thebeginning of 1 997).

Bentonite

The bentonite utilized in FEBEX comes from theCortijo de Archidona deposit, developed by Minasde Gádor, S.A., in the zone of Serrata de Níjar(Province of Almería, Spain). ENRESA has an exten-sive database on this deposit from the many studiesprior to FEBEX. About 300 tons of raw material,which had been homogenized and treated, wereacquired for the fabrication of the blocks for thebarriers of the two large-scale tests and for all thelaboratory tests.

Some properties that characterize this bentoniteare the following:

• Montmorillonite content88 to 96%

Q Liquid limit98 to 106%

Q Specific weight2.67 to 2.75

• Swelling pressure for a dry density of 1.60g/cm3

4 to 6 MPa

• Saturated hydraulic conductivity for a drydensity of 1.60 g/cm3

4.2 • 10-14 to7.6 • 10'14m/s

The raw material prepared for the fabrication ofthe blocks is a granulate of bentonite with less than5% of the grains greater than 5 mm, with morethan 85% of the grains less than 74 mm, and witha moisture content of 1 2.5% to 1 5.5%.

"In situ" test

The "in situ" test is being performed within a newdrift which was excavated in the northern zone ofthe underground laboratory (GTS) managed by NA-GRA in Grimsel (Switzerland). The physical compo-nents of the test consist of five basic units: the drift,the heating system, the clay barrier, the instrumenta-tion, and the monitoring and control system

Predictive modeling has been made for the THMand THG behavior of the test. To obtain the


hydraulic data of the rock mass, needed for themodel ing, a hydrogeologic study was made of thearea surrounding the drift.

Drift

The drift is 70.40 m long and 2.28 m in diame-ter. It was excavated, between 25 September and30 October 1995, with a tunnel boring machine(TBM) in a predominately granitic mass. In the last1 7.4 m of the drift (test zone), the heaters, the claybarrier, and the instrumentation have been insta-lled. This zone has been sealed with a concreteplug. Between the plug and the mouth of the drift isthe service zone, where the monitoring and controlsystem has been installed.

Heating system

The principal elements of the heating system aretwo heaters, separated horizontally by 1.00 m,which simulate full-sized canisters. The heaterswere placed inside a cylindrical steel liner, whichhad been installed concentrically with the drift.Each heater is fabricated of carbon steel, is 4.54 mlong, is 0.90 m in diameter, has a wall thickness of0.10 m, and weighs 11 tons.

The goal of the heating is to constantly maintaina maximum temperature of 100°C at the steel li-ner/bentonite contact. This is the temperature anti-cipated in the reference concept, AGP. Each heaterhas three independent electrical resistances, withthe capacity to provide a thermal power of 4300 Wper resistance. This is the nominal power requiredto reach, with a safety factor, a temperature of1 00°C in a period of less than two months whenconsidering the most unfavorable case of assumingthe bentonite is saturated. The system has redun-dancies to increase the probability of functioningduring the entire period of the test.

The other basic elements of the heating systemare those that maintain the specified temperature:the equipment and procedures for the regulation ofthe power of the heaters.

Clay barrier

The clay barrier is formed by blocks, weighing 20to 25 kg each, of highly-compacted bentonite.The weighted average values of the dry density andmoisture content of all the blocks fabricated were1.70 g/cm3 and 14.4%, respectively. The construc-tion of the barrier used 5331 blocks, which corres-

ponds to a mass of 115.7 t. The ¡n-place barrierhas an average dry density, determined duringconstruction, of 1.60 g/cm3 and a volume of cons-truction gaps (separations of variable magnitude)of 5.53%. The gaps exist: between blocks of thesame slice; between slices; between blocks and thesteel liner; and, systematically, between the claybarrier and the rock, where a gap of increasingwidth, up to as much as 3 cm, extends from thelower part to the crown.

Instrumentation

A total of 632 sensors of diverse types were insta-lled in the clay barrier, the rock mass, the heaters,and the service zone to measure the following va-riables: temperature, moisture, total pressure, dis-placements, water pressure, etc.

In addition, a system of porous ceramic pipeswere installed to capture gases, measure theirpressures, and take samples for chemical analyses.Samples of different metals were placed near theheaters, embedded in the bentonite blocks, to studycorrosion. Chemical tracers, conservative and non-conservative, were placed in different points of thebentonite barrier to obtain information on geoche-mical processes and mechanisms of transport.

Monitoring and control

There are two systems: the "local system", situa-ted in the FEBEX drift in the GTS, and the "remotesystem", situated in the Remote Monitoring Center(RMC) in Madrid. The two systems are connectedby modem, with the remote system acting as themaster by furnishing the control rules and the or-ders to the local system.

The local system consists of all the electric and/orelectronic components and computer programs forautonomous data acquisition, supervision, andcontrol of the test. The remote system consists of allthe hardware and software for the supervision andcontrol of the test by remote control and for thedata storage, analyses, and presentation.

Installation

After excavation of the drift, the infrastructure wasprepared: ventilation, electrical supply, water su-pply, and construction of a concrete sill within thedrift. That sill was extended into an exterior pla-tform to be used as a loading and unloading dock

Executive summary

and as a depot for the auxil iary equ ipment to beused for handl ing and transport of materials.

In the test zone, for the instal lat ion of the instru-ments for the rock mass measurements, 19 bo-reholes were dr i l led f rom the interior of the drift.The boreholes were 7 m to 22 m in length with atotal of 233 m of drilling.

The clay barrier was installed manually, by slices.In the heater zones, the steel liner was first installedwith a provisional support to provide correctalignment; then the barrier was constructed aroundit, in complete slices, until the space for the heaterwas enclosed. As the slices were installed, the sen-sors and their corresponding cables were placed intheir preassigned positions in mechanically-madeholes and grooves within the appropriate bentoniteblocks. The cables were carried radially to be ga-thered into four bundles. Within the test zone, eachof these bundles was carried along the rock face atthe crown, invert, and spring lines.

For the insertion of the heaters, a special trans-port car with a pushing mechanism was designedand constructed. The car was run over rails desig-ned to prevent transversal movement and to main-tain the correct alignment between the car and therails. Each heater, on the car anchored to the railsand facing the mouth of the steel liner, was pushedinto its final position by means of the pushing me-chanism. The correct alignment of the steel linerand the proper installation of the rails allowed thisto be accomplished since the critical factor in theinsertion of the heaters is the correct alignment ofthe internal bottom of the steel liner with the bo-ttom of the heater situated on the transport car.

The plug, which seals the test zone, was concre-ted in three sections with the mixture being pumpedin from outside the drift. This method did not allowfor good concreting of the key, where a void re-mained that was later filled by means of injection.The bundles of cables pass through the concreteplug within four plastic pipes.

The test zone installation commenced on 1 Julyand terminated on 15 October 1996.

In the service zone of the drift, the monitoringand control equipment was installed, the cableswere connected, and the functioning tests werecompleted on 27 February 1997. That same day,heating started, i.e. the operational stage commen-ced.

A Quality Control Program was applied to the fa-brication of the components as well as to their ins-tallation.

Hydrogeologic characterization

The goal of this study was to determine the para-meters, the initial conditions, and the boundaryconditions of the hydraulic system of the rock mass.These are necessary for the THM and THG mode-ling.

The analysis was made by means of a three-di-mensional numerical model, capable of predictingthe infiltration into the drift and the surroundinghydraulic pressures.

The study includes and is supported by the GTSdatabase, by boreholes drilled with this aim (inwhich hydraulic tests were made), by observationsmade in the drift itself, by measurement of the pie-zometric levels, and by a geologic study.

In addition to the fundamental goal, the hydro-geologic study had another two goals: to determi-ne the location of the drift, within a zone previouslyassigned in the northern part of GTS; and to fix, byobserving the real hydrologic conditions of the driftduring its excavation, the test zone and, conse-quently, the length of the drift.

The results of the study indicate that 5-10"" to8 1 0"11 m/s is the equivalent hydraulic conductivityof the assumed homogeneous rock mass while thatof the matrix is on the order of 1-10"" m/s. The in-filtration into the drift is between 7 and 12 I/dayand the initial hydraulic pressure at the level of thedrift is 0.7 MPa.

Samples of water were taken, in representativeboreholes, and subjected to chemical analyses.

THM and THG modeling

Independently of the THM modeling previously-made for the design of the test, a pre-operationalmodeling (called Base Case) was made utilizing thecharacterization data of the FEBEX bentonite, thehydrogeologic characterization, and the informa-tion from the installation of the physical compo-nents. In addition, an extensive analysis of sensitivi-ty was made, varying hypotheses and parameters.

The analysis of the results of the various modelingexercises has given a good understanding of thecoupled THM phenomena and their great depen-dence on some critical parameters and hypotheses(for example, the retention curves of the bentoniteand of the granite). From these exercises, a moredefined program for attaining the second objectiveof the project has emerged. This program for thelaboratory tests and for improving the numerical

XXV


models will be performed in the later stages. Asexamples of the results of the Base Case model ing,it was learned that the average degree of satura-t ion increases only 15% in three years; that a littlemore than 5 0 days are required to reach the tem-perature of 1 00°C in the steel l iner/bentonite con-tact; and that only small increases in the tempera-ture are observed at a distance of 3 0 m from theaxis, after three years.

T H G model ing has been reduced to the analysisof the transport of the chemical tracers that wereplaced in the clay barrier. However, the results andthe work done with the existing models have resul-ted in the development of an integrated program,in relation to the third objective of the project, be-tween the experimental and model ing groups. Ac-cording to the calculations made with the model ,1 6 years are needed for complete saturation of theclay barrier.

'Mock-up" test

The "mock-up" test is being conducted in the fa-cilities of CIEMAT (Madrid). The physical compo-nents of the test consist of five basic units: the con-fining structure, with its hydration system; the hea-ting system; the clay barrier; the instrumentation;and the systems for data acquisition and for controlof the heaters.

Pre-operational THM and THG modeling havealso been made for this test.

Confining structure and hydration systemThe confining structure with its hydration system

simulates the drift with flowing water from the su-rrounding rock mass, but under well-known andcontrolled conditions.

The confining structure is a steel cylindrical bodywith an internal diameter of 1.62 m and a usefullength of 6.00 m. The hydration system, which su-pplies granitic water under pressure to the peri-phery of the clay barrier, consists of two tanks andrelated piping connecting to 48 nozzles of the con-fining structure. To uniformly apply the water to thesurface of the clay barrier, the confining structure islined with various layers of geotextile.

Heating system

In this test two electrical heaters are also beingused. These heaters are horizontally separated by

0.75 m, placed concentrically in the confiningstructure, and placed directly in contact with thebentonite, i.e. without a steel liner. Each heater is1.625 m in length, 0.340 m in diameter, and hasa mass of about 600 kg.

In this test, the temperature will also be maintai-ned at a constant 100°C, by means of the controlsystem for the heaters. Each heater has three resis-tances with a capacity to supply a thermal power of930 W each, i.e. a total power of 2800 W perheater. The system also has redundancies: each re-sistance can supply a higher power than is ne-cessary.

Clay barrier

The clay barrier is composed of highly-compac-ted bentonite blocks, weighing about 25 kg each.The fabricated blocks have weighted average va-lues of 13.6% and 1.77 g/cm3 of moisture contentand dry density, respectively. The average dry den-sity of the constructed barrier is 1.65 g/cm3 with apercentage of construction gaps of 6.25. Therewere 908 blocks placed in 48 slices with a totalmass of 22.5 t. As in the "in situ" test, the "mock-up" test also has a systematic gap between the claybarrier and the geotextile liner that reaches, as amaximum, 1.5 cm at the top.

Instrumentation

Within the clay barrier and the rest of the compo-nents of the test, 505 sensors were installed tomeasure the following variables: temperature,moisture, fluid pressure, total pressure, deformationof the confining structure, and injection pressure ofthe water.

Samples of different metals were placed in thebentonite near the heaters to study corrosion. Andat different points in the clay barrier and in the in-jection water, both conservative and non-conserva-tive chemical tracers were added to study the geo-chemical processes and transport mechanisms, asin the "in situ" test.

Data acquisition and heater control systems

The data acquisition system (SAD) is composed ofall the electric and/or electronic components andthe computer programs to supervise, register, andstore in a secure magnetic device the data extrac-ted from the test, in an autonomous form. It has the

Executive summary

capacity necessary to store, analyze, and presentthe data ob ta ined .

The heater contro l system (SCC) is composed ofall the electric a n d / o r electronic components andthe compute r programs to accompl ish the fo l lowingfunct ions: supervision of the funct ioning of the hea-ters and contro l of the power supply, data acquis i -t ion and its transfer to the SAD, and act ivat ion ofthe processes and alarms in case of fai lure of somecomponent.

Installation

After installation in CIEMAT's Building #19Annex, which was especially constructed for thistest, the confining structure was lined with variouslayers of geotextile.

The clay barrier was constructed manually, bycomplete slices, using the appropriate blocks sothat there was an enclosed space for each heaterin its assigned place. As the slices were installed,the sensors and their corresponding cables wereplaced in their preassigned positions in mechanica-lly-made holes and grooves within the appropriatebentonite blocks. The cables exited the confiningstructure through 1 86 hermetically-sealed perfora-tions.

A table with rollers was used to align the heaterwith its prepared space and the heater was inser-ted, under pressure.

The components of the data acquisition systemwere installed in an area adjacent to, and above,the confining structure.

As in the "in situ"test, the fabrication of the com-ponents and their installation have been subjectedto a Quality Assurance Program.

After a series of trials and the initial hydration(flooding of the gaps in the clay barrier), the opera-tional stage of heating and hydration commencedon 4 February 1997.

THM and THG modeling

As in the "in situ" test, THM and THG modelingwere performed.

The conclusions drawn are similar to those drawnfrom the analyses of the "in situ" test; however, inthe "mock-up" test, the influence of the differentproperties of the bentonite on the results can bedefined with greater clarity as this test lacks thecomplexity of the rock mass and the initial and

boundary conditions can be determined with grea-ter precision.

Laboratory tests

In addition to the two large-scale tests, FEBEX in-cludes a specific program of laboratory tests. Thisprogram includes the basic characterization, ther-mo-hydro-mechanical, and thermo-hydro-geoche-mical tests. Although the determination of somebasic parameters require new techniques andmethods of testing, the last two groups are thosethat have the greater experimental innovations.

In this program, the most notable are the tests inthermo-hydraulic cells, oedometric and triaxial testswith suction and temperature control, and those todetermine the ionic exchange and the transport pa-rameters.

Quality assurance

Generally, R&D projects are not subjected toquality assurance programs, but ENRESA has de-cided that it should be applied to FEBEX for va-rious reasons such as: the results can be inputdata for the performance assessment (PA) of a re-pository, the impossibility of repairing some ofthe components in the large-scale tests after theirinstallation, the complex interrelations betweenthe participating working groups, and the highcost of the project.

The program was applied after the design ofmany of the components had been completed;nevertheless, the program was very useful in themanagement of the project as well as in the qua-lity control of the fabrication, acquisition, andinstallation of the components of the two large-scale tests.

Future stages of the project

The operational stage (heating/cooling of the twolarge-scale tests) commenced in the early part of1997 and is planned to terminate in the middle ofthe year 2000. In that stage, the major part of theexperimental work and of the development and im-provement of the THM and THG models will be ac-complished. In addition, the dismantling of the twolarge-scale tests will be planned in detail.


The dismantl ing stage (middle to end of the year2000) consists of the dismant l ing, sampl ing, andtesting in the laboratory of the materials f rom thetwo large-scale tests.

The final stage of evaluating the complete experi-ment will extend until the end of the year 2 0 0 1 .

Conclusions

During this pre-operational stage, various con-clusions have been drawn:

• The feasibility of the construction of the engi-neered barriers for the storage of canisters

placed horizontally in drifts has been de-monstrated.

• Valid information has been obtained for thedesign of a real repository.

• Progress has been made in the THM andTHG models and, especially, the analysis ofthe results of the modeling of the two large-scale tests resulted in the programing , in amore concrete and precise manner, the labo-ratory experimentation and the necessary im-proving of the numerical models.

• The applicability and convenience of a Qua-lity Assurance system for a research projecthave been demonstrated.

PREFACIO

INEXTPAOE(S)fofftBLANK

Prefacio

El proyecto FEBEX está co f inanc iado por la ECbajo el contrato F l 4 W C T 9 5 0 0 0 6 . En él part ic ipanotros siete socios de tres países de la UE (Francia,A leman ia y España) y uno de EFTA (Suiza). ENRE-SA es el socio coord inador , con la co laborac ión deNAGRA en varios aspectos del proyecto.

El proyecto consiste en dos ensayos a gran esca-la y una serie de ensayos complementar ios de la-bora tor io . El t rabajo ha sido real izado por las si-guientes instituciones:

• CIEMAT, A ITEMIN, UPC-DIT (CIMNE), ULC,CSIC-Zaidín y UPM (ESPAÑA)

: j ANDRA y G.3S (FRANCIA)

- I GRS (ALEMANIA)

Este documento incluye una descr ipción sintéticadel exper imento desde su conceptual ización hastala terminación del monta je de los dos ensayos agran escala (mediados del año 1994 hasta pr inci-pios de 1 9 9 7 , etapa preoperac ional ) . La in forma-ción deta l lada se presenta en una serie de docu -mentos específicos, cuyos títulos se incluyen en elCapí tu lo 9, Referencias.

Aunque cada g rupo part ic ipante ha escrito laparte correspondiente a su t raba jo , la edic ión téc-nica del documen to ha sido hecha por P. Fariña yJ. Farias (Secretaría Técnica, ST) ba jo la d i recciónde F. Huertas (Jefe de proyecto, ENRESA). Se hapretendido, de esta f o rma , hacer una descr ipciónin tegrada, concordante con la fo rma en que se hareal izado el proyecto. N o obstante, en el texto seindica la contr ibuc ión de cada institución respon-sable.

Además de este prefacio y el resumen que le si-gue , el documento está estructurado en nueve ca-pítulos, cuyo conten ido general se indica a cont i -nuación.

En el Capítulo 1 se describen, en rasgos genera-les, las diferentes partes de que consta el proyecto,su justificación, objetivos, resultados esperados eincertidumbres previsibles. Este capítulo ha sido re-dactado por la ST con la colaboración de CIE-MAT, pero recoge las ideas de todos los grupos detrabajo.

El Capítulo 2 contiene una síntesis de los resulta-dos de ensayos de caracterización de la bentonitaFEBEX, que se ha utilizado en la construcción delas barreras de arcilla de los dos ensayos a granescala y se está utilizando en los de laboratorio.CIEMAT, CSIC-Zaidín y UPC-DIT han hecho losensayos de caracterización, pero la contribuciónde CIEMAT es mayoritaria.

Todo el Capítulo 3 se refiere al ensayo "in situ".Se describe el diseño, la fabricación y el montajede los componentes físicos reales del ensayo. Estaparte del proyecto ha sido realizada por AITEMIN.El capítulo incluye también la caracterización hi-drogeológica e hidroquímica del macizo rocoso enel entorno de la galería FEBEX; el estudio hidro-geológico ha sido realizado por la UPC-DIT, conla contribución de CIEMAT en su contenido geoló-gico; CIEMAT se encargó además del muestreo yanálisis químico del agua. Parte del capítulo se re-fiere a las modelaciones termo-hidro-mecánica(THM) y termo-hidro-geoquímica (THG) preopera-cionales efectuadas por la UPC-DIT y la ULC, res-pectivamente.

El contenido del Capítulo 4 es similar al del 3,pero referido al ensayo en "maqueta". CIEMAT hatenido a su cargo el diseño, la fabricación y elmontaje. Como para el ensayo "in situ", UPC-DITy ULC han realizado las modelaciones THM yTHG.

En el Capítulo 5 se resume el programa de ensa-yos de laboratorio a realizar durante la etapa ope-racional (calentamiento-enfriamiento de los dosensayos a gran escala). CIEMAT, UPC-DIT y CSIC-Zaidín harán estos ensayos.

La descripción del programa de garantía de cali-dad aplicado al proyecto es el objeto del Capítuloó. El programa se ha basado en el sistema de cali-dad de ENRESA, que durante el trabajo se ha ex-tendido a las instituciones participantes. El depar-tamento de Gestión de Calidad de ENRESA haelaborado las bases del programa y ha gestionadosu aplicación.

En el Capítulo 7 se indica, esquemáticamente, elcontenido y duración de las etapas pendientes has-ta la terminación del proyecto en el año 2001.

El Capítulo 8 incluye conclusiones globales, de-ducidas en esta etapa, en relación con los objeti-vos del proyecto.

Como Capítulo 9 se considera la lista de refe-rencias. Únicamente se incluyen como referenciaslos informes específicos en los que se describe endetalle el trabajo realizado en la etapa preopera-cional, y algún documento más que se ha conside-rado imprescindible. Sin embargo, en el trabajo seha utilizado un gran número de referencias biblio-gráficas; todas ellas están incluidas en los docu-mentos específicos.

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RESUMEN

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Resumen

Introducción

El FEBEX (full-scale Engineered Barriers Experi-ment) consta de un ensayo "in situ", en condicio-nes naturales y escala real; un ensayo en "maque-ta", a escala casi real; y una serie de ensayos delaboratorio para complementar la información delos dos ensayos a gran escala.

El propósito del proyecto es el estudio del com-portamiento de componentes del campo próximode un almacenamiento de residuos radiactivosde alta actividad (RAA) en roca cristalina. Especí-ficamente se han planteado los tres objetivos si-guientes:

Primero Demostración de la factibilidad de laconstrucción del sistema de barreras deingeniería.

Segundo Estudio de los procesos termo-hidro-mecánicos (THM) del campo próximo.

Tercero Estudio de los procesos termo-hidrogeoquímicos (THG) del campo próxiIX¡-

mo.La complejidad del proyecto se justifica porque

-después de estudios de caracterización integralde macizos graníticos y del comportamiento térmi-co, hidráulico, mecánico y geoquímico de materia-les para la barrera arcillosa, en planes de I + D an-teriores- ENRESA llegó a la conclusión de que unavance relevante en el conocimiento del compor-tamiento del campo próximo sólo se puede conse-guir por medio de un experimento muy completo,como es el FEBEX.

El objetivo de demostración se pretende conse-guir fundamentalmente en el ensayo "in situ". Tam-bién los procesos THM y THG deben ser estudia-dos, en último término, en el ensayo "in situ", quees el representativo de un almacenamiento real. Sinembargo, el estudio de procesos y variables y el de-sarrollo, verificación y validación de los modelos decálculo requieren sistemas gradualmente menoscomplejos que el natural: "maqueta" y ensayos delaboratorio muy simplificados y controlados.

El experimento se basa en el concepto de alma-cenamiento español en roca cristalina (AGP Gra-nito): las cápsulas con el residuo acondicionadose depositan horizontalmente en galerías, y se ro-dean con una barrera de arcilla formada por blo-ques fabricados con bentonita compactada a altadensidad.

El proyecto durará unos 7 años (1994-2001) ysu ejecución se ha dividido en cuatro etapas: preo-

peracional (planificación, diseño, caracterizaciónde la bentonita, instalación y modelación); opera-cional (calentamiento, monitorización, enfriamien-to y verificación de predicciones); desmantelamien-to (extracción, inspección, muestreo y estudio delos materiales); evaluación final de los resultados yverificación de los modelos.

Este documento recoge la descripción sintéticade los trabajos realizados en la etapa preoperacio-nal (Mediados del año 1994 hasta mediados de1997).

Bentonita

La bentonita utilizada en el FEBEX procede del ya-cimiento Cortijo de Archidona, explotado por Mi-nas de Gádor, S.A. en la zona de Serrata de Níjar(provincia de Almería, España). De este yacimiento,ENRESA tiene una extensa base de datos proceden-tes de estudios anteriores al FEBEX. Se adquirieronunas 300 t de bentonita debidamente homogenei-zada y tratada, para la fabricación de los bloquesde las barreras de los dos ensayos a gran escala ypara todos los ensayos de laboratorio.

Algunas propiedades que caracterizan esta ben-tonita son las siguientes:

_) Contenido de montmorillonita

88 a 96%_] Límite líquido

98 a 106%Zl Peso específico

2,67 a 2,75^] Presión de hinchamiento para densidad seca

de 1,60 g/cm3

4 a ó MPa_] Conductividad hidráulica saturada para den-

sidad seca de 1,60 g/cm3

4,2-10 1 4a7,6-10 1 4 m/s

El material a granel preparado para la fabrica-ción de los bloques es un granulado de bentonitacon un contenido inferior al 5% de granos mayoresde 5 mm y superior al 85% de granos inferiores a74 |j,m, con humedad del 12,5 al 15,5%.

Ensayo "in situ'

El ensayo "in situ" se está realizando en unanueva galería excavada en la zona norte del labo-ratorio subterráneo GTS, que NAGRA gestiona en

XXXV


Grimsel (Suiza). Los componentes físicos del ensa-yo consisten en cinco unidades básicas: la galería;el sistema de calentamiento; la barrera de arci l la;la instrumentación; y el sistema de monitorización ycontrol .

Se han hecho modelaciones predictivas del com-portamiento T H M y T H G del ensayo. Para obtenerios datos hidráulicos del macizo rocoso, necesariospara las modelaciones, se ha realizado un estudiohidrogeológico del entorno de la galería.

Galería

La galería tiene 70,4 m de longitud y 2,28 m dediámetro. Se excavó, del 25/09/95 al 30/10/95,con una máquina tuneladora de sección completa(TBM) en un macizo granítico. En los últimos 1 7,4m de la galería (zona de ensayo), se han instaladolos calentadores, la barrera de arcilla y la instru-mentación. Esta zona se ha cerrado con un tapónde hormigón. El sistema de monitorización y con-trol está instalado en la llamada zona de servicio,entre el tapón y la boca de la galería.

Sistema de calentamiento

Los elementos principales del sistema de calenta-miento son dos calentadores colocados dentro deun tubo guía instalado concéntricamente con lagalería y separados 1,00 m entre sí. Los calenta-dores simulan las cápsulas a escala real: 4,54 mde longitud; 0,90 m de diámetro; 0,10 m de espe-sor de pared; 1 1 t de peso; y están fabricados conacero al carbono.

El objetivo térmico es mantener constantementeuna temperatura máxima de 1 00°C en el contactotubo guía-bentonita, que es el valor previsto en elconcepto AGP de referencia. Cada calentador tie-ne tres resistencias eléctricas independientes, capa-ces de suministrar una potencia térmica de 4300W por resistencia. Esta es la potencia nominal re-querida, con un factor de seguridad, para alcanzarla temperatura 100°C en un tiempo inferior a dosmeses, en el caso más desfavorable de suponer labentonita saturada. El sistema es redundante, conel objeto de aumentar la seguridad de su funcio-namiento durante el tiempo de ensayo.

El otro elemento básico del sistema de calenta-miento es el equipo y procedimientos de regula-ción de la potencia de los calentadores para man-tener la temperatura de consigna.

Barrera de arcilla

La barrera de arcilla está formada por bloques,de 20 a 25 kg de peso, de bentonita compactada.Los valores medios ponderados de la densidadseca y de la humedad de todos los bloques fabri-cados son 1,70 g/cm3 y 14,4%, respectivamente.Para la construcción de la barrera se han utilizado5331 bloques, lo que supone una masa de 1 15,7t. La barrera tiene una densidad seca media, deter-minada durante la construcción, de 1,60 g/cm3 yun volumen de huecos de 5,53%. Existen huecos(separaciones de magnitud variable) entre bloquesde una misma rebanada, entre bloques y el tuboguía, y entre rebanadas; y existe sistemáticamenteun hueco, entre la barrera y la roca, de anchuracreciente desde la parte inferior hasta la corona-ción, donde llega a ser de hasta 3 cm.

Instrumentación

Se han instalado 632 sensores de diversos tipos,en la barrera de arcilla, el macizo rocoso, los ca-lentadores y la zona de servicio, para medir las si-guientes variables: temperatura, humedad, presio-nes totales, desplazamientos, presión del agua yotras.

Además se ha instalado un sistema de tubos ce-rámicos porosos con el objeto de captar gases,medir su presión y tomar muestras para su análisisquímico. Cerca de los calentadores, embebidos enbloques de bentonita, se han colocado muestrasde diferentes metales para el estudio de la corro-sión. Y, con el objeto de conseguir información so-bre procesos geoquímicos y mecanismos de trans-porte, se han colocado, en diferentes puntos de labarrera de bentonita, trazadores químicos conser-vativos y no conservativos.

Monitorización y control

Se hace mediante dos sistemas: uno situado enla galería FEBEX del GTS, denominado "sistemalocal"; y el otro situado en Madrid, en el llamadoRMC (Remote Monitoring Center), que se denomi-na "sistema remoto". Ambos sistemas están conec-tados vía módem.

El "sistema local" comprende todos los compo-nentes eléctricos y/o electrónicos, y los programasde ordenador necesarios, para la adquisición dedatos, supervisión y control del ensayo de una for-ma autónoma. El "sistema remoto" está constituidopor todos los equipos informáticos y los programas

Resumen

de ordenador necesarios para la supervisión ycontrol a distancia del ensayo, así como para elalmacenamiento de los datos obtenidos, su análi-sis y presentación. El sistema remoto actúa como"maestro" del conjunto, proporcionando las re-glas de control y las órdenes necesarias al sistemalocal.

Instalación

Previamente a la construcción de la barrera y ala colocación de los calentadores, se realizó unaserie de labores preparatorias y de infraestructura:ventilación, suministro eléctrico y de agua, y cons-trucción de una solera de hormigón en la galería,prolongada en una plataforma al exterior comomuelle de carga y descarga y estacionamiento deequipos auxiliares de manejo y transporte de mate-riales.

También se perforaron previamente 19 sondeosdesde el interior de la galería, en la zona de ensa-yo, en los que se instalaron los instrumentos delmacizo rocoso. Los sondeos tienen longitudes de 7a 22 m, con un total perforado de 233 m.

La barrera de arcilla se instaló manualmente, porrebanadas. En las zonas de calentador, se monta-ba primero el tubo guía con un soporte provisionalpara su correcta alineación; la barrera se construíadespués a su alrededor, por rebanadas completas,hasta acabar el receptáculo del calentador. Lossensores se colocaban una vez terminada la reba-nada en donde estaba prevista su instalación. Lossensores y los cables están alojados en orificios yranuras mecanizados en los bloques de bentonita.Los cables se colocaron radialmente para reunirlosen cuatro mazos en contacto con la roca, en losextremos de un diámetro horizontal y otro vertical,a lo largo de la zona de ensayo.

Para la inserción de los calentadores, se diseñó yconstruyó un carro especial de transporte dotadocon un dispositivo de empuje. El carro rodaba so-bre vías diseñadas para evitar movimientos trans-versales y mantener así una correcta alineación en-tre el carro y las vías. El calentador, sobre el carroanclado a las vías, enfrentado a la embocaduradel tubo guía, se empujaba hasta su posición finalpor medio del mecanismo mencionado. El factorcrítico para la inserción de los calentadores es lacorrecta alineación de la generatriz inferior internadel tubo guía y la de apoyo del calentador, situadosobre el carro de transporte. Esto está fijado por lacorrecta alineación del tubo y el adecuado monta-je de las vías.

El hormigonado del tapón que cierra la zona deensayo, se hizo en tres tramos con encofrados demadera en la cara externa y bombeando el hormi-gón desde fuera de la galería. Este método no per-mite un buen hormigonado de la clave, dondequedaba un vacío, que se rellenó posteriormentemediante inyección. Los mazos de cables atravie-san el tapón de hormigón alojados en cuatro tu-bos de plástico.

La instalación de la zona de ensayo se inició el111196 y se terminó el 15/10/96.

La instalación de los equipos de monitorización ycontrol, en la zona de servicio de la galería, la co-nexión de los cables y las pruebas funcionales seterminaron el 27 de febrero de 1997. Este mismodía se inició el calentamiento, es decir, la etapaoperacional.

Tanto a la fabricación de los componentes comoal montaje, se le ha aplicado un programa de ga-rantía de calidad.

Caracterización hidrogeológica

El objetivo fundamental del estudio era determi-nar los parámetros y las condiciones iniciales y decontorno del sistema hidráulico del macizo rocoso,necesarios para las modelaciones THM y THG.

El análisis se ha hecho mediante un modelo nu-mérico tridimensional, capaz de predecir el caudalde infiltración a la galería y la piezometría del en-torno.

El estudio incluye y está apoyado en la base dedatos del GTS, en sondeos perforados con esteobjeto (en los que se han hecho ensayos hidráuli-cos), en observaciones hechas en la propia gale-ría, en medidas de niveles piezométricos y en unestudio geológico.

Además del objetivo fundamental, el estudio hi-drogeológico tenía otros dos objetivos: determinarla ubicación de la galería dentro de una zona pre-viamente asignada al norte del GTS; y fijar la zonade ensayo y, consecuentemente, la longitud de lagalería, durante su excavación, mediante la obser-vación de las condiciones hidrogeológicas reales.

Los resultados del estudio indican que la conduc-tividad hidráulica equivalente del macizo rocosoconsiderado homogéneo es de 5-10'1 a 8 1 0 n

m/s, mientras que la de la matriz es del orden de1-10"11 m/s. La presión hidráulica inicial al nivel dela galería es de 0,7 MPa; y el caudal de infiltracióna la galería está comprendido entre 7 y 12 I/día.


En sondeos representativos, de acuerdo con elestudio h idrogeológ ico, se tomaron muestras deagua de las que se han hecho análisis químicos.

Modelaciones THAA y THG

Aparte de modelaciones THM previas para el di-seño del ensayo, utilizando los datos de caracteri-zación de la bentonita FEBEX, de la caracterizaciónhidrogeológica y la información de montaje de loscomponentes físicos, se ha hecho la modelaciónpreoperacional del llamado Caso Base. Pero se hahecho además un extenso análisis de sensibilidad,variando parámetros e hipótesis.

El análisis de los resultados de las varias modela-ciones, ha conducido a un buen entendimiento delos fenómenos THM acoplados y su gran depen-dencia de determinados parámetros e hipótesis crí-ticos (por ejemplo, las curvas de retención de labentonita y del granito). De esto ha resultado unaprogramación más concreta de ensayos de labora-torio y de mejoras en el modelo numérico, a reali-zar en las etapas siguientes, para consecución delsegundo objetivo del proyecto. Entre los resultadosde la modelación del Caso Base se obtiene que,en tres años, el grado de saturación medio au-menta sólo en un 15%; en poco más de 50 días sealcanza la temperatura de 100°C en el contactotubo guía-bentonita; a los tres años, se observanpequeños incrementos de temperatura hasta 30 mde distancia al eje.

La modelación THG se ha reducido al análisisdel transporte de los trazadores químicos que sehan colocado en la barrera de arcilla. Pero, tam-bién sus resultados y el trabajo hecho sobre losmodelos existentes, han conducido a la elabora-ción de un programa integrado entre los grupos deexperimentalistas y de desarrollo de modelos decomportamiento geoquímico, en relación con eltercer objetivo del proyecto. Según los cálculos coneste modelo, para la saturación completa de labarrera de arcilla serían necesarios 1 6 años.

Ensayo en "maqueta'

El ensayo en "maqueta" se está realizando en lasinstalaciones de CIEMAT (Madrid). Los componen-tes físicos del ensayo consisten en cinco unidadesbásicas: la estructura de confinamiento con su sis-tema de hidratación; el sistema de calentamiento;la barrera de arcilla; la instrumentación; y los siste-

mas de adquisición de datos y de control de loscalentadores.

También de este ensayo se han hecho modela-ciones preoperacionales THM y THG.

Estructura de confinamiento y sistema de hidratación

El conjunto estructura de confinamiento-sistemade hidratación pretende simular la galería y laaportación de agua del macizo rocoso del entor-no, pero en condiciones bien conocidas y contro-ladas.

La estructura de confinamiento es un cuerpo ci-lindrico de acero con una longitud útil de 6,00 m yun diámetro interior de 1,62 m. El sistema de hi-dratación suministra agua granítica, a presión, a laperiferia de la barrera de arcilla; consta de dostanques y una serie de tuberías conectadas a 48boquillas de la estructura de confinamiento, queestá revestida interiormente con varias capas degeotextil para repartir uniformemente el agua deinyección a la superficie de la barrera.

Sistema de calentamiento

También en este ensayo se utilizan dos calenta-dores eléctricos, separados 0,75 m entre sí, con-céntricos con la estructura de confinamiento, peroen contacto directo con la bentonita, sin tubo guía.Cada calentador tiene 1,625 m de longitud, 0,34m de diámetro y una masa de unos 600 kg.

Cada calentador tiene tres resistencias, capacesde suministrar una potencia térmica de 930 W porunidad, es decir, una potencia total de 2800 Wpor calentador. En el ensayo se mantendrá unatemperatura constante de 1 00°C, mediante el sis-tema de control de los calentadores. Tambiénaquí, el sistema es redundante: cada resistenciapuede suministrar una potencia térmica superior ala necesaria.

Barrera de arcilla

La barrera de arcilla está formada por bloquesde bentonita compactada, de unos 25 kg de peso.Los bloques fabricados tienen unos valores mediosponderados de 13,6% y 1,77 g/cm3 de contenidode humedad y de densidad seca, respectivamente.La densidad seca media de la barrera después deconstruida es 1,65 g/cm3 y tiene un porcentaje dehuecos de 6,25. Se han colocado 908 bloques, en48 rebanadas, con una masa total de 22,5 t. Tam-

Resumen

bien en la "maqueta" existe un hueco sistemáticoentre la barrera de arcilla y el revestimiento degeotextil, que es, como máximo, de 1,5 cm en laparte superior.

Instrumentación

Se han instalado 505 sensores, entre la barrerade arcilla y los demás componentes del ensayo,para medir las siguientes variables: temperatura,humedad, presión de fluido, presión total, defor-mación de la estructura de confinamiento y presiónde la inyección de agua.

Cerca de los calentadores se han colocadomuestras de diferentes metales para estudio de lacorrosión. En el agua de inyección y en diferentespuntos de la barrera de arcilla, se han añadidotrazadores químicos conservativos y no conservati-vos, con el objeto de estudiar procesos geoquími-cos y mecanismos de transporte, como en el ensa-yo "in situ".

Sistemas de adquisición de datos y de controlde los calentadores

El sistema de adquisición de datos (SAD) com-prende todos los componentes eléctricos y/o elec-trónicos, y los programas de ordenador necesarios,para supervisar, registrar y almacenar en un sopor-te magnético seguro el conjunto de datos extraídosdel ensayo, de una forma autónoma. Dispone delas capacidades necesarias para el almacenamien-to, análisis y presentación de los datos obtenidos.

El sistema de control de los calentadores (SCC)comprende todos los componentes eléctricos y/oelectrónicos, y los programas de ordenador nece-sarios, para realizar las siguientes funciones: super-visión del funcionamiento de los calentadores ycontrol de la potencia que se les suministra; adqui-sición de datos y su envío al SAD; y activación delos procesos y alarmas en caso de fallo de algúncomponente.

Instalación

Después de instalada la estructura de confina-miento en el anejo del edificio n° 1 9 de CIEMAT,especialmente construido para este ensayo, se co-locó el geotextil que reviste la superficie interior dela estructura.

La barrera de arcilla se construyó manualmente,por rebanadas completas; incluso en las zonas de

calentador, hasta completar su alojamiento. Lossensores y sus cables se colocaban después de ter-minada la rebanada correspondiente, alojados enhuecos y ranuras mecanizados en los bloques; loscables atraviesan la pared de la estructura de con-finamiento por 1 86 orificios dotados con un meca-nismo de cierre hermético.

Los calentadores se insertaron a presión en el re-ceptáculo preparado durante la ejecución de labarrera de arcilla, con la ayuda de una mesa derodillos para alinear el calentador con su aloja-miento.

Los componentes del sistema de adquisición dedatos están instalados en un espacio adyacente, anivel superior a la estructura de confinamiento.

Como para el ensayo "in situ", la fabricación decomponentes y el montaje han estado sujetos a unprograma de garantía de calidad.

Después de una serie de pruebas y de la hidrata-ción inicial (inundación de los huecos de la barrerade arcilla), el calentamiento y la hidratación defini-tivos (etapa operacional) comenzaron el día 4 defebrero de 1 997.

Modelaciones THM y THG

Como para el ensayo "in situ", se han hechomodelaciones THM y THG.

Las conclusiones que se han obtenido son simila-res a las obtenidas en el análisis del ensayo "insitu". No obstante, en la "maqueta", como lascondiciones iniciales y de contorno están determi-nadas con más precisión y carece de la compleji-dad del macizo rocoso, se puede definir con másclaridad la influencia que en los resultados tienendeterminadas propiedades de la bentonita.

Ensayos de laboratorio

Además de los dos ensayos a gran escala, FEBEXincluye un programa específico de ensayos de la-boratorio. Este programa comprende ensayos decaracterización básica, termo-hidro-mecánicos ytermo-hidro-geoquímicos. Los dos últimos gruposson los que tienen un mayor contenido de innova-ción experimental, aunque también la determina-ción de algunos parámetros básicos requierennuevas técnicas y metodologías de ensayo.

En este programa destacan los ensayos en celdastermohidráulicas, ensayos edométricos y triaxialescon control de succión y temperatura, ensayos


para la determinación de los parámetros de trans-porte y ensayos de cambio iónico.

Garantía de calidad

Los proyectos de I + D no están, generalmente,sujetos a programas de garantía de calidad, peroENRESA decidió su aplicación al FEBEX por variasrazones: sus resultados pueden ser datos de parti-da para la evaluación del comportamiento (PA) deun almacenamiento; imposibilidad de reparaciónde algunos componentes de los ensayos a gran es-cala después de instalados; interrelaciones com-plejas entre los grupos de trabajo participantes; yel elevado coste del proyecto.

La aplicación del programa se inició después determinado el diseño de muchos componentes. Sinembargo, el programa ha sido muy útil tanto parala gestión del proyecto como para el control decalidad de fabricación, adquisición y montaje decomponentes de los dos ensayos a gran escala.

Etapas futuras del proyecto

La etapa de calentamiento-enfriamiento de losdos ensayos a gran escala (etapa operacional) co-menzó a principios de 1 997 y terminará a media-dos del año 2000. En esta etapa se realizará lamayor parte del trabajo experimental y de desarro-

llo y mejora de modelos THM y THG; y se harátambién la planificación detallada del desmantela-miento de los dos ensayos a gran escala.

La etapa de desmantelamiento (mediados a finaldel año 2000) comprende el desmantelamiento,toma de muestras y ensayos de laboratorio de losmateriales de los dos ensayos a gran escala.

La etapa final de evaluación del experimentocompleto, se extiende hasta finales del año 2001.

Conclusiones

Durante esta etapa se han obtenido varias con-clusiones:

ü Se ha demostrado la factibilidad de la cons-trucción de las barreras de ingeniería para elalmacenamiento horizontal de las cápsulasen galerías.

• Se ha obtenido información valiosa para eldiseño de un almacenamiento real.

• Se han hecho progresos en los modelos THMy THG y, especialmente, mediante el análisisde los resultados de las modelaciones de losdos ensayos a gran escala, se ha podidoprogramar de forma más concreta y precisala experimentación de laboratorio y las mejo-ras necesarias de los modelos numéricos.

3 Se ha demostrado la conveniencia y aplica-bilidad de un sistema de garantía de calidadpara un proyecto de investigación.

XL

Siglas más utilizadas

SIGLAS MAS UTILIZADAS

A/D Analógico/digital

AGP Almacenamiento Geológico Profundo

ANDRA Agence Nationale pour la gestión deDécbets RAdioactifs (Agencia nacionalpara la gestión de residuos radiactivos,Francia)

AITEMIN Asociación para la Investigación y Desa-rrollo Industrial de los Recursos Naturales

BDM Base de Datos MaestraEFTA European Free Trade Association (Asocia-

ción europea de libre comercio)

ENRESA Empresa Nacional de Residuos Radiacti-vos

CCC Capacidad de Cambio de Cationes

CEA Comm/ssar/at a l'Énergie Atomique (Comi-sariado para la energía atómica)

CIEMAT Centro de Investigaciones Tecnológicas,Energéticas y Medio Ambientales

CPU Central Processing Unit (Unidad central deproceso, microprocesador)

CSIC-Zaidín Consejo Superior de Investigaciones Cien-tíficas - Estación experimental del Zaidín

FEBEX Full-scale Engineered Barriers Experimentin Crystalline Host Rock (Experimento a es-cala real de barreras de ingeniería enroca cristalina)

FTP File Transfer Protocole (Protocolo de trans-ferencia de archivos)

GC/CC Garantía de Calidad/Control de CalidadG.3S Groupemenr pour I'etude des Structures

Souterraines de Stockage (Agrupaciónpara el estudio de estructuras subterráneasde almacenamiento. Escuela Politécnica,Palaiseau, Francia)

GRS Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsi-cherheit mbH (Empresa para la seguridadde reactores y sistemas, Alemania)

GTS Grimsel Test Site (Centro experimental deGrimsel, Suiza)

I + D Investigación y Desarrollo

KWO Kraftwerke Oberhaslí AG (Empresa eléctri-ca del Oberhasli, Suiza).

LVDT Linear Voltage Differential Transformer(Transformador de tensión diferencial li-neal)

NAGRA Nationale Genossenschaft für die Lage-rung Radioaktiver Abfálle (Asociación coo-perativa nacional para el almacenamientode residuos radiactivos, Suiza).

PA Performance Assessment (Evaluación delcomportamiento)

PID Proportional, Integral and Derivative Con-troller (Controlador proporcional, integraly derivativo)

PLC Programmab/e Logic Control (Autómataprogramable)

PPI Programa de Puntos de Inspección

RAA Residuos radiactivos de Alta Actividad

RMC Remote Monitoring Center (Centro de su-pervisión remota del ensayo)

RTD Res/stance Temperature Detector (Sondasde temperatura resistivas)

SAC Sistema de Adquisición de datos y Controldel ensayo

SAD Sistema de Adquisición de Datos

SAI Sistema de Alimentación Ininterrumpida

SBI Sistema de Barreras de Ingeniería

SCADA Software para Control de supervisión y

Adquisición de DAtos

SCC Sistema de Control de los Calentadores

ST Secretaría Técnica del proyecto FEBEX

TBM Tunnel Boring Machine (Tuneladora desección completa)

TDR Time Domain Reflectometry (Reflectometríaen el dominio del tiempo)

THG Termo-Hidro-Geoquímico

THM Termo-Hidro-Mecánico

UAM Universidad Autónoma de Madrid

ULC Universidad de La CoruñaUPC-DIT Universidad Politécnica de Cataluña-De-

partamento de Ingeniería del TerrenoUPM Universidad Politécnica de Madrid

1INTRODUCCIÓN

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1. Introducción

1.1 Aspectos generales

El propósito del FEBEX (full-scale Engineered Ba-rriers Experiment) es el estudio del comportamientode componentes del campo próximo de un alma-cenamiento de residuos radiactivos de alta activi-dad (RAA) en roca cristalina. El experimento constade tres partes principales:

1) un ensayo "in situ", en condiciones naturalesy escala real [1];

2) un ensayo en "maqueta", a escala casi real[2]; y

3) un conjunto de ensayos de laboratorio paracomplementar la información de los dos en-sayos a gran escala [3 y 4].

El experimento está basado en el concepto de al-macenamiento español en roca cristalina: las cáp-sulas con el residuo se depositan horizontalmenteen galerías, rodeadas por una barrera de arcillaformada por bloques fabricados con bentonitacompactada a alta densidad [5].

La duración del proyecto será de unos 7 años(1994-2001) y su ejecución se ha dividido en cua-tro etapas sucesivas, definidas por las tareas princi-pales a realizar en los dos ensayos a gran escala.Estas etapas son las siguientes: preoperacional(planificación, diseño, caracterización de la arcilla,instalación y modelación); operacional (calenta-miento, monitorización, enfriamiento y verificaciónde predicciones); desmantelamiento (extracción,inspección, muestreo y estudio de los materiales);evaluación final de los resultados y verificación delos modelos.

En este documento se recoge una síntesis de lostrabajos realizados en la etapa preoperacional(1994-1996).

Las barreras de ingeniería (residuo, cápsula y ba-rrera de arcilla) son elementos clave en el concep-to de almacenamiento final de los RAA. La matrizdel residuo actúa como barrera reductora que mi-nimiza la solubilidad y la cápsula aisla el residuodurante un cierto tiempo y contribuye al ambientereductor. La barrera de arcilla tiene el propósitomúltiple de proporcionar estabilidad mecánica a lacápsula, absorbiendo tensiones y deformaciones;de sellar las discontinuidades de la roca alojante yde retardar la llegada del agua a la cápsula; y deretener/retardar la migración de los radionucleidosliberados, una vez producido el fallo de la cápsulay la oxidación/disolución de la matriz del combus-tible.

El comportamiento de un almacenamiento deRAA debe estar determinado, en gran medida, porlas características del diseño y construcción de lasbarreras de ingeniería y especialmente por loscambios que pueden producirse en las propieda-des mecánicas, hidráulicas y geoquímicas debidosa los efectos combinados del calor generado pordesintegración radiactiva y al aporte de agua y desolutos desde la roca de alojamiento. Se considera,por tanto, fundamental comprender y cuantificar losprocesos que tienen lugar en el campo próximopara evaluar el comportamiento a largo plazo.

En planes de I + D anteriores, ENRESA ha estu-diado fuentes de aprovisionamiento de materialesa utilizar en la barrera arcillosa, así como el com-portamiento térmico, hidráulico, mecánico y geo-químico de estos materiales. Ha realizado tambiénestudios de caracterización integral de macizosgraníticos. Como consecuencia de estos estudios, ydebido a que hasta ahora no se ha realizado nin-gún experimento a gran escala, en granito, sobrela disposición horizontal de las cápsulas de resi-duos en galerías, ENRESA ha llegado a la conclu-sión de que el siguiente paso, para conocer la via-bilidad del concepto y para progresar en la com-prensión y evaluación del comportamiento delcampo próximo (especialmente de la barrera arci-llosa), es la ejecución de un experimento muycompleto como el FEBEX.

El experimento FEBEX tiene, por tanto, el múlti-ple objetivo de demostrar la factibilidad de fabri-car y ensamblar las barreras de ingeniería y dedesarrollar metodologías y modelos para evaluarel comportamiento termo-hidro-mecánico (THM) ytermo-hidro-geoquímico (THG) del campo próxi-mo. Estos objetivos deberán ser cumplidos en losensayos "in situ", en "maqueta" y de laboratorio,que constituyen las partes principales del experi-mento, de acuerdo con el programa diseñado porENRESA.

El objetivo de demostración se pretende conse-guir fundamentalmente en el ensayo "in situ" al te-ner que operar en condiciones naturales y concomponentes construidos con las dimensiones rea-les del diseño de una galería de almacenamiento.Este objetivo de demostración tiene menor entidaden el ensayo en maqueta.

El objetivo de comprobación de la capacidadpredictiva de los modelos numéricos THM y THGdeberá ser soportado por el programa de ensayosde laboratorio dirigido a conocer y ponderar losprocesos que tienen lugar en la barrera de arcillabajo condiciones simples y controladas, y a desa-

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rrollar las ecuaciones que los gobiernan. El ensayoen "maque ta " , con dimensiones próximas a lasreales y condiciones iniciales y de contorno biendefinidas, servirá para verificar la capacidad pre-dictiva de los modelos numéricos acoplados ycomo término de referencia que permita evaluarlas discrepancias, si existen, y ajusfar los modelospara predecir el comportamiento de la barrera dearcil la en las condiciones más heterogéneas delsistema natural en el que se realiza el ensayo " insitu".

Para la realización del ensayo " in situ" se ha ele-g ido el laborator io subterráneo gestionado porNAGRA en Grimsel (Suiza), debido a la semejanzade los conceptos de a lmacenamiento español ysuizo y a las condiciones adecuadas del laborato-rio. El ensayo en "maque ta " se está realizando enlas instalaciones de CIEMAT (Madr id , España) y losprogramas de laborator io se desarrol lan en varioscentros de investigación españoles (UPC-DIT,CSIC-Zaidín y CIEMAT).

1.2 Experimentación previa - barrerade arcilla

consecuencia de la evolución geoquímica de lacuenca.

De todos los yacimientos estudiados se seleccio-naron dos: Cortijo de Archidona (en la Serrata deNíjar, Almería) y Cerro del Águila-Cerro del Monte(Toledo), por su pureza mineralógica, elevados va-lores de superficie específica, límite líquido y pro-porción de la fracción menor de 2 \irn y aceptableconductividad térmica, además de buena compac-tabilidad.

1.2.2 Selección del material candidato

Después de que fueran seleccionadas las bentoni-tas de Cortijo de Archidona y de Cerro del Montecomo los materiales mejores, CIEMAT continuó lacaracterización térmica, hidráulica, mecánica y geo-química. Se seleccionó la bentonita montmorilloníti-ca del Cortijo de Archidona debido a su mejor com-pactabilidad, aunque ambas bentonitas cumplen conios requisitos para material de barrera.

1.2.3 Evaluación de la fabricación y construccióndéla barrera de arcilla

Como se ha dicho anteriormente, en planes an-teriores de I + D de ENRESA, el material de la ba-rrera de arcilla ha sido seleccionado e investigadoen el laboratorio; también se ha estudiado la ca-racterización industrial y la factibilidad de fabrica-ción e instalación de bloques en pozos.

A continuación se presenta un breve resumen delos trabajos previos de experimentación y modela-ción de ENRESA en los que se han basado los ob-jetivos y la planificación del proyecto FEBEX [ó].

1.2.1 Estudios de las arcillas esmectíticasespañolas

Estos estudios fueron realizados por el CSIC-Zai-dín, UAM y CIEMAT. Los yacimientos más impor-tantes de arcillas esmectíticas están básicamenteasociados con dos áreas: Cabo de Gata (Almería)y la cuenca del Tajo (Toledo). Los materiales estu-diados del área de Cabo de Gata son bentonitasmontmorilloníticas originadas a partir de materia-les volcánicos alterados por procesos hidroterma-les. Los materiales de la cuenca del Tajo son ben-tonitas saponificas sedimentarias originadas como

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La evaluación de la fabricación y construcción dela barrera hecha con la bentonita seleccionada(Cortijo de Archidona) se hizo en colaboración en-tre ENRESA, CIEMAT y CEA.

El molde y el sistema de fabricación de los blo-ques de arcilla compactada, así como el métodode instalación, se diseñaron de la forma empleadapor los franceses. El ensayo "in situ" se hizo en lavieja mina de Cogema (Fanay-Silord, Francia) enpozos perforados con un diámetro de 1,50 m y6,00 m de profundidad.

1.2.4 Estudios de longevidad

Para el comportamiento a largo plazo de un re-positorio, la integridad de la barrera de arcilla esfundamental; por ello, tienen que ser estudiadoslos cambios que puede sufrir la arcilla durante lavida de un almacenamiento. Los cambios estáncontrolados por el impacto térmico, por el agua dehidratación, y por el ambiente químico. Un efectoimportante sobre la barrera de arcilla es la posibletransformación de montmorillonita en ¡Hita y el de-terioro resultante de sus propiedades mecánicas,de hinchamiento y de retención.

1. Introducción

En los laboratorios de CSIC-Zaidín, UAM y CIE-MAT se han ensayado los materiales a varias con-centraciones salinas, temperaturas e intervalos det iempo, con el objeto de determinar la cinética delas reacciones. CSIC-Zaidín ha establecido unaecuación que gobierna la transformación de lamontmoril lonita en ¡Hita y que indica que a tempe-raturas inferiores a 1 20°C la transformación dura-ría de cientos de miles a millones de años, depen-diendo de la cantidad de potasio disponible en elmedio. Los estudios realizados en la UAM no en-contraron transformaciones relevantes que afectena la saponita hasta 200°C , pero establecieronecuaciones cinéticas que controlan la transforma-ción de los minerales accesorios (sepiolita) en sa-ponita y que indican que ésta se produciría en de-cenas de años.

CSIC-Barcelona ha estudiado la bentonita de Al-mería para obtener información termodinámica ycinética sobre el proceso de disolución/precipita-ción.

1.2.5 Estudios de los procesos generadospor flujo termohidráulico

CIEMAT ha llevado a cabo un programa experi-mental encaminado a identificar los procesos origi-nados por el flujo termohidráulico en probetas debentonita compactada y a determinar las conse-cuencias sobre sus propiedades y comportamiento[7]. Se han obtenido conclusiones referentes a ladistribución de temperatura en el seno de la arci-lla, a la velocidad de entrada de agua y distribu-ción de humedad y densidad, a los mecanismos detransporte de sales (de los que se han distinguidotres: advección, advección-convección y difusión),a la influencia del calentamiento sobre el complejode cambio, la superficie específica, la porosimetríay la composición del agua intersticial.

1.2.6 Estudios de comportamientotermo-hidro-mecánico

CIEMAT ha estudiado el comportamiento termo-hidro-mecánico de la bentonita compactada pormedio de ensayos de laboratorio con succión con-trolada, cuya modelación ha sido llevada a cabopor UPC-DIT. Se ha determinado la relación suc-ción/humedad y la influencia sobre ella de la den-sidad y humedad de la arcilla, y se han realizadoensayos edométricos con succión controlada en los

que muestras de iguales condiciones iniciales sonsometidas a trayectorias de carga y succión varia-bles, lo que permite definir superficies de estado.

1.3 Concepto de referencia español

En la Figura 1.1 se muestra una sección de unagalería de almacenamiento del concepto de refe-rencia español en granito. A continuación se des-criben brevemente las especificaciones del concep-to de referencia que son pertinentes para el pro-yecto FEBEX.

Las cápsulas de residuo, separadas un metro, sealmacenan en galerías horizontales de 2,40 m dediámetro dentro de un tubo guía continuo instala-do concéntricamente con la galería. Las cápsulasson de 4,54 m de longitud, 0,90 m de diámetro ypesan 12 t. El diámetro interior del tubo guía es 2cm mayor que el diámetro exterior de las cápsulas.

El concepto de referencia especifica varias for-mas de bloques de bentonita, con pesos superioresa 200 kg cada uno. Otras especificaciones rele-vantes son que la máxima temperatura en el con-tacto barrera de arcilla/tubo guía sea de 100° C yque la presión de hinchamiento de la barrera dearcilla sea del orden de 5 MPa (que implica, parala bentonita FEBEX, una densidad seca media de1,60 t/m3) [6].

1.4 Descripción general del FEBEX

1.4.1 Ensayo "in situ"

El ensayo "in situ" se está realizando en unanueva galería excavada en la zona norte del labo-ratorio subterráneo de Grimsel (Grimsel Test Site,GTS). En la Figura 1.2 se muestra un esquema delensayo. Los componentes físicos del ensayo con-sisten en cinco unidades básicas: la galería; el sis-tema de calentamiento; la barrera de arcilla; lainstrumentación; y el sistema de monitorización ycontrol.

La galería tiene 70,4 m de longitud, 2,28 m dediámetro y está excavada en un macizo rocoso degranito. En los últimos 1 7,4 m de la galería se haninstalado los elementos básicos del ensayo y el tra-mo se ha sellado con un tapón de hormigón.

Los elementos principales del sistema de calenta-miento son dos calentadores colocados dentro de

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Tubo guía

Barrera de bentonita

Tapón de hormigón

Tapón de / Granito

Galería de atteso

(Dimensiones en metros)

Figura 1.1. Sección longitudinal de una galería de almacenamiento en el concepto áe referencia español en granito.

Calentadores

Tapón deBarrera de hormigónbentonita

Bloques de bentonita

Tubo guía

Calentador (diámetro 0,9)

GranitoZona de servicio, sistemas de control

Granito y adquisición de datos

Túnel de acceso principal


Figura 1.2. Esquema general del ensayo "in situ".

1. Introducción

un tubo guía instalado concéntricamente con lagalería. Los calentadores simulan las cápsulas atamaño natural. Cada calentador tiene las siguien-tes características:

Material

Diámetro exterior

Longitud

Espesor de pared

Peso

Acero al carbono

0,90 m

4,54 m

0 , 1 0 m

11 t

La barrera de arcilla está formada por bloquesde bentonita compactada. Los bloques se fabrica-ron con un contenido medio de humedad del14,4% y una densidad seca media de 1,70 t /m 3 .La densidad seca media de la barrera de arcilla esde 1,60 t / m 3 y tiene un porcentaje de huecos deconstrucción de 5,53.

La instrumentación incluye los sensores instala-dos en la roca hospedante, en la barrera de arcillay en los calentadores. Las variables que se estánmidiendo son: temperatura, humedad, tensiones,presión total, desplazamientos y presión del agua.Además se está controlando la generación y eltransporte de gases.

La monitorización y el control se hace mediantedos sistemas conectados vía módem: el "sistemalocal" situado en la galería FEBEX del GTS y el"sistema remoto" situado en Madr id .

.4,2 Ensayo en "maqueta'

La "maqueta" está situada en una ampliacióndel edificio n° 1 9 de las instalaciones de CIEMAT.Los componentes físicos del ensayo consisten encinco unidades básicas: la estructura de confina-miento con su sistema de hidratación; el sistemade calentamiento; la barrera de arcilla; la instru-mentación; y los sistemas de adquisición de datosy de control de los calentadores. En la Figura 1.3se muestra un esquema del ensayo.

La estructura de confinamiento es un cuerpo ci-lindrico de acero con una longitud útil de 6,00 m yun diámetro interior de 1,62 m. El sistema de hi-dratación, que suministra agua granítica, a pre-sión, a la periferia de la barrera de arcilla, constade dos tanques y sus conexiones con la estructurade confinamiento.

Estructura de confinamiento

Barrera de bentonita

Geofextil

Calentador

Tanques de hidratación Estructura de Cfl|en(adores Barrera deconfinamiento bentonita

Sistemas de controly adquisición de datos

(Dimensiones en metros}

Figura 1.3. Esquema genero! éel ensoyo en "maqueta".


Los elementos principales del sistema de calenta-miento son dos calentadores, de 1,62 m de longi-tud y 0 ,34 m de diámetro cada uno, colocadosconcéntr icamente con la estructura de confina-miento y separados entre sí 0 ,75 m. En este ensayono existe tubo guía entre la barrera de arcil la y loscalentadores.

La barrera de arcil la está formada por bloquesde bentonita compactada. Los bloques fueron fa-bricados con un contenido medio de humedad del13,6 % y una densidad seca media de 1,77 t /m 3 .La barrera construida tiene una densidad seca me-dia de 1,65 t / m 3 y un porcentaje de huecos de6,25.

La instrumentación incluye básicamente los sen-sores instalados en la barrera de arcilla, en los ca-lentadores y en la estructura de confinamiento. Seestán midiendo las siguentes variables: temperatu-ra, humedad, presión de fluido, presión total, de-formación de la estructura de confinamiento y pre-sión de la inyección de agua.

Los componentes de los sistemas de adquisiciónde datos y de control de los calentadores están ins-talados en un espacio adyacente a la estructura deconfinamiento.

1.4.3 Ensayos de laboratorio

Además de los dos ensayos a gran escala, FEBEXincluye un programa específico de ensayos de la-boratorio. Este programa comprende ensayos decaracterización básica, termo-hidro-mecánicos ytermo-hidro-geoquímicos, siendo estos dos últimosgrupos los que suponen un mayor grado de experi-mentación e innovación de las técnicas experimen-tales. Así mismo, algunos ensayos para la obten-ción de parámetros básicos supondrán también lautilización de nuevas técnicas y metodologías deensayo. Una parte importante de los ensayos pro-gramados contemplará conjuntamente las facetastérmicas, hidráulicas, mecánicas y geoquímicas delsistema.

Se destacan los ensayos en celdas termohidráuli-cas, ensayos edométricos y triaxiales con controlde succión y temperatura, ensayos para la determi-nación de los parámetros de transporte y ensayosde cambio iónico. Estos ensayos se realizarán pa-ralelamente a los de gran escala.

Los ensayos de caracterización continuarán enla etapa de desmantelamiento para analizar losposibles cambios producidos en la barrera debentonita.

1.5 Objetivos

Como se ha indicado anteriormente, la finalidaddel proyecto FEBEX es múltiple. Los objetivos sehan clasificado de acuerdo con su importanciapara el programa de gestión de residuos y por suprobabilidad de éxito, de la siguiente forma:

Primero Demosfrac/on de la factibilidad de laconstrucción del sistema de barreras deingeniería (SBI). La demostración consisteen: verificar la factibilidad de fabricar,manejar e instalar los componentes delas barreras de ingeniería, incluyendo lafabricación industrial de bloques de ben-tonita compactada a alta densidad; endesarrollar y aplicar un programa ade-cuado de garantía de calidad/control decalidad (GC/CC); y en desarrollar y utili-zar un sistema de instrumentación acep-table. Se conseguirá experiencia y se de-sarrollarán criterios para las técnicas dealmacenamiento de residuos, no sólo du-rante la construcción de los ensayos agran escala sino por observación y estu-dio de las barreras al ser desmanteladas.Además se tendrá la oportunidad de es-tudiar la capacidad de herramientas nodestructivas (geofísica) para la caracteri-zación de un macizo rocoso, mediantecomparación de las condiciones encon-tradas en los sondeos y en la galería FE-BEX con los resultados de los estudiosgeofísicos hechos en la zona en años an-teriores.

Segundo Estudio de los procesos termo-hidro-me-cánicos (THM) del campo próximo. Elproyecto pretende estudiar los procesosTHM del campo próximo, especialmentede la barrera de arcilla, así como mejo-rar, verificar y validar los códigos y rela-ciones constitutivas existentes.

Tercero Estudio de los procesos termo-hidro-geo-químicos (THG) del campo próximo. Sepretende identificar, evaluar, y modelarias posibles alteraciones mineralógicas ygeoquímicas de la barrera de arcilla cau-sadas por las altas temperaturas, el trans-porte de masa, el flujo del agua, y estu-diar el efecto de estas alteraciones sobrelas propiedades hidrodinámicas, mecáni-cas e hidroquímicas de la bentonita. Esteobjetivo incluye también el estudio de la

1. Introducción

generación y transporte de gas, así comode la corrosión de metales.

Se piensa que el primer objetivo tiene una altaprobabi l idad de ser conseguido; sin embargo, noserá una demostración completa. Una demostra-ción completa exigiría la réplica de un repositorioen una sección de ensayo. FEBEX no cumple eserequisito porque los bloques de bentonita en elconcepto de referencia son 10 veces más grandesque los utilizados en el experimento; y la instala-ción de los diferentes elementos será robotizada enun almacenamiento, mientras que en FEBEX la ins-talación es manual. Por razones obvias, ni el tama-ño de los bloques ni el sistema de instalación pue-de ser igual que en el concepto de referencia; sinembargo, el objetivo propuesto puede ser alcanza-do y la demostración planificada proporcionará in-formación muy útil para el diseño de un almacena-miento.

La consecución completa de los objetivos segun-do y tercero significaría que los modelos numéricosTHM y THG, para describir el comportamiento delcampo próximo de forma realista, habrían sidocompletamente desarrollados y validados. Es evi-dente que estos objetivos tienen una probabil idadinferior de ser conseguidos que el objetivo de de-mostración; además se piensa que el grado de éxi-to será más alto para la modelización THM quepara la THG, debido a la mayor complej idad ymenor grado de desarrollo actual de ésta.

1.6 Resultados esperados del experimento

Se espera, por una parte, que FEBEX suministreinformación valiosa para el diseño y construcciónde la barrera de arcilla y criterios para el emplaza-miento de las cápsulas. Por otra parte, se esperaque proporcione una mejor comprensión de losprocesos THM y THG que se producen en el cam-po próximo y una capacidad de predicción cuanti-tativa de estos procesos mediante modelos numéri-cos. Específicamente, se espera que el experimentosuministre la siguiente información:

l_l Conocimiento de las propiedades de la ben-tonita a granel necesarias para la fabricaciónde los bloques.

_l Procedimientos para el tratamiento y el con-trol de calidad de la bentonita, desde su ex-cavación hasta la preparación del material agranel con las propiedades requeridas.

_) Criterios para el diseño de la barrera de arci-lla, incluyendo geometría, densidad seca,contenido de humedad y dimensiones de losbloques.

_) Métodos y técnicas para la fabricación de losbloques y procedimientos para el control decalidad.

_̂) Procedimientos para el almacenamiento,transporte y manejo de los bloques para evi-tar su deterioro.

ü Criterios para la instalación de las barreras deingeniería (cápsulas y barrera de arcilla), inclu-yendo los métodos y medios auxiliares apro-piados y las condiciones ambientales de la ga-lería para evitar el deterioro de los bloques.

• Criterios para la selección de instrumentosde medida para experimentos de este tipo.

U Criterios de diseño para los equipos detransporte y manipulación de los componen-tes del almacenamiento en galerías de sec-ción reducida.

l_l Criterios para el diseño y construcción de lostapones de hormigón para sellar las galerías.

U Características de las barreras de arcilla an-tes y después del período de hidratación ycalentamiento: huecos entre bloques y otroselementos de las barreras, y entre los calen-tadores y el tubo guía; estado de las barrerasinmediatamente después del emplazamiento;estado de las barreras después de la etapaoperacional del experimento; grado de ho-mogeneidad de la barrera de arcilla despuésde la etapa operacional; sellado de fisuras enla roca; comportamiento del tapón de hormi-gón y de la zona adyacente de roca; etc.

J Mejora en el conocimiento de la capacidadpredictiva de los métodos geofísicos para lacaracterización de la masa rocosa.

_] Base de datos de las variables medidas porla instrumentación en función del tiempo ylos obtenidos por medio de ensayos de labo-ratorio.

ü Modelos numéricos más avanzados que losactuales, incluyendo ecuaciones constitutivaspara la predicción del comportamiento THMdel campo próximo.

Ü Comparación de los valores de las medidasdel sistema hidráulico del macizo rocoso conlos valores calculados por medio del modelohidrogeológico. En consecuencia, se podránevaluar los métodos e instrumentos para ob-

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tención de los parámetros hidráulicos y la ca-pacidad predictiva del modelo numérico.

—I Comparac ión y contraste de resultados de lamodelación hidrogeológica del macizo roco-so con la modelac ión T H M en el modo h¡-dromecánico isotermo para los estados ante-riores a la instalación de las barreras de in-geniería; y evaluación de ambos modelosdesde el punto de vista de la predicción delcompor tamiento h idrodinámico del macizorocoso.

• Comparac ión y contraste de los resultadosde la modelac ión THM con los valores de lasmediciones hechas en los ensayos de calen-tamiento en celdas de laborator io y en el en-sayo en "maque ta " ; y evaluación de la com-paración.

• Comparac ión y contraste de los resultadosde la modelación THM con los valores de lasmediciones hechas en el ensayo "in si tu"; yevaluación de la comparac ión y definiciónde las áreas que deberían ser objeto de futu-ras investigaciones.

-1 Instrumentos de laboratorio diseñados, cons-truidos y probados para la determinación delos parámetros de la bentonita requeridos porlas leyes constitutivas THM más avanzadas.

—I Evaluación de la posible t ransformación dela montmor i l lon i ta en illita deb ido a los efec-tos de la temperatura, del f lu jo de agua ydel t iempo. La evaluación estará basada enel conjunto de ensayos de laborator io he-chos para investigar el intercambio iónico ysu cinética en muestras de bentoni ta, paradiferentes composiciones de agua granít ica,varias temperaturas y diferentes t iempos deensayo.

U Análisis de los cambios geoquímicos (migra-ción de sales, modif icación del complejo decambio y modif icación del agua intersticial)de la bentonita, por medio de ensayos de h¡-dratación y calentamiento en celdas.

U Evaluación de los efectos producidos por loscambios geoquímicos sobre las propiedadesmecánicas, hidráulicas y de transporte de labentonita.

-J Resultados de la caracterización físico-quími-ca, mineralógica e hidromecánica de la ba-rrera de arcil la antes y después de la etapaoperacional de los ensayos en "maque ta " e"in s i tu"; y evaluación de las modif icacionesproducidas.

U Modelos numéricos T H G más avanzadosque los actuales, incluyendo las leyes decomportamiento T H G .

—1 Comparac ión de los resultados obtenidos delos cálculos numéricos T H G con los resulta-dos de los ensayos de laborator io y de anál i -sis geoquímicos de las muestras obtenidas dela barrera de arcil la durante la etapa de des-mantelamiento de los dos ensayos de granescala; evaluación de la comparac ión y defi-nición de las áreas que deberían ser objetode futuras investigaciones.

L) Evaluación g lobal del progreso alcanzadocon el proyecto FEBEX en los criterios de d i -seño y construcción, en el desarrol lo de mo-delos numéricos T H M y T H G para la evalua-ción del comportamiento del campo próxi-mo, y definición de las áreas que deberíanser investigadas en el futuro.

1.7 Areas problemáticas

En el apartado anterior se han enumerado losresultados que se espera obtener de este experi-mento; sin embargo, es necesario reconocer queexisten áreas problemáticas y de incertidumbres.Esto puede significar que pueden no conseguirsealgunos resultados, y, en consecuencia, el objetivocorrespondiente no sería alcanzado (parcial o to-talmente). Las áreas más problemáticas identifica-das hasta ahora son las siguientes:

Ü Sistema de calentamiento (calentadores, sen-sores de temperatura, y cables).Si después de su instalación el sistema nofuncionase, no puede ser reparado debido asu inaccesibilidad. Para minimizar el riesgodebido al mal funcionamiento, se han insta-lado dos calentadores en cada uno de losensayos de gran escala, tres resistencias in-dependientes en cada calentador, y el siste-ma completo ha sido revisado cuidadosa-mente, como lo ha sido la fabricación y lainstalación, pero es imposible garantizar sufuncionamiento, especialmente durante lostres años de duración de la etapa operacio-nal. Está claro que, si el sistema de calenta-miento falla totalmente relativamente pronto,el ensayo no contribuiría a los objetivos se-gundo y tercero, pero contribuiría al objetivode demostración (aunque parcialmente,puesto que no se obtendrían los cambios de-bidos al calentamiento). Sin embargo, podría

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1. Introducción

ser operado como un ensayo isotérmico, loque produciría información importante relati-va a la hidratación. Se espera, sin embargo,que, con las redundancias diseñadas y elcontrol de calidad hecho, existe una alta pro-babil idad de conseguir el calentamiento du-rante todo el período de ensayo.

I-J Sistema de instrumentación (sensores y ca-bles) en el área sellada.Un problema similar al anterior existe paraestas partes del sistema de instrumentación.Los suministradores de los instrumentos nogarantizan su duración para la etapa opera-cional completa en unas condiciones de tra-bajo tan agresivas. Aunque los cables y susconexiones son también elementos de incerti-dumbre, se han tomado medidas razonablespara reducir su posibilidad de fallo. En cual-quier caso, se ha instalado un gran númerode sensores con la esperanza de obtener unainformación aceptable. Incluso en el caso deque fallase un gran número de ellos, peroque los calentadores funcionasen correcta-mente, se alcanzaría el objetivo de demostra-ción y los otros dos objetivos se alcanzaríanparcialmente, puesto que, si se perdiese unacantidad significativa de datos intermedios,todavía se dispondría de la información delos estados inicial y final; el estado final esta-rá definido por medio de los ensayos de la-boratorio sobre muestras de bentonita toma-das durante el desmantelamiento.

• Propiedades hidráulicas.Un área de incertidumbre en la validación delos modelos numéricos THM y THG para elensayo "in situ" está relacionada con las pro-piedades del macizo rocoso: las condicionesiniciales y de contorno; las propiedades en lazona alterada por la excavación de la gale-ría; y los efectos de desaturación producidospor la ventilación de la galería durante lainstalación de los elementos físicos del ensa-yo. Aunque se ha hecho una caracterizaciónhidrogeológica detallada de la zona adya-

•

cente a la galería, es probable que existanincertidumbres debido a efectos no bien defi-nidos del campo lejano, de la existencia pre-via del túnel de acceso, de las galerías dellaboratorio, de sondeos de investigación, yde las heterogeneidades del propio macizorocoso; por consiguiente, la precisión de losdatos hidráulicos puede ser limitada. Puestoque el estudio de la zona alterada por la ex-cavación de la galería no era un objetivo deeste experimento, sus propiedades y exten-sión se han supuesto tomando como baseexperimentos hechos en otras partes. Debeobservarse que el ensayo en "maqueta" notendrá estas ¡ncertidumbres y, al contrario,las condiciones hidráulicas iniciales y de con-torno de la barrera de arcilla están controla-das y, por consiguiente, bien definidas.

Modelos Numéricos.Hay problemas inherentes a la mejora, ex-tensión, verificación y validación de los mo-delos numéricos THM y THG. Con seguri-dad, los modelos actuales serán mejorados yampliados en su capacidad para describir lageometría, procesos, etc; sin embargo, nosólo es imposible definir "a priori" el gradode ajuste que los modelos mejorados ten-drán con las mediciones reales que se haganen los dos ensayos de gran escala, sino quehay también algunas incertidumbres en elgrado de mejora a ser realizada en la propiaformulación matemática, especialmente delas leyes de comportamiento de los materia-les y en la modelación de anisotropías y he-terogeneidades.

Muestras.Un área problemática, en los ensayos degran escala, es la obtención de muestrasrepresentativas de la barrera de arcilla inme-diatamente antes del inicio del enfriamiento.La finalidad de esas muestras es analizar loscambios que se han producido durante elcalentamiento, que pueden ser enmascara-dos durante la fase de enfriamiento.

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2BENTONITA:

ORIGEN Y PROPIEDADES

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2. Bentonito: origen y propiedades

El proyecto FEBEX se centra fundamentalmenteen la investigación de la barrera de arcilla. En estecapítulo se presenta un resumen de los resultadosobtenidos en los estudios y ensayos de laboratoriorealizados en la etapa preoperacional (hasta febre-ro de 1997) con el propósito de seleccionar, pro-cesar y caracterizar la bentonita que se está utili-zando en FEBEX. Incluye también el resumen de losresultados obtenidos en los estudios de caracteri-zación anteriores a FEBEX, hechos sobre muestrasde bentonita del mismo yacimiento.

Los ensayos han sido hechos por varias institu-ciones participantes en el proyecto FEBEX (CIE-MAT, CSIC-Zaidín y UPC-DIT). En la exposición sedistinguen los resultados obtenidos por cada insti-tución, de esta forma se pueden comparar y eva-luar su reproducibil idad para los ensayos comu-nes. Cuando no se especifica la institución, sedebe entender que los trabajos han sido realizadospor CIEMAT.

En el documento 70- IMA-M-3-3 , Bentonita (Ori-gen, Propiedades y Fabricación de Bloques) [ó], sepresenta en detalle todo el trabajo de caracteriza-ción realizado en la etapa preoperacional.

2.1 Origen y aspectos generalesde la bentonita FEBEX

La bentonita FEBEX (llamada arcilla "Serrata" enalgunos documentos del FEBEX) ha sido extraídadel yacimiento Cortijo de Archidona, explotadopor Minas de Gádor, S.A., en la zona de Serratade Níjar (provincia de Almería). Este yacimientohabía sido seleccionado, en planes de I + D de EN-RESA anteriores al proyecto FEBEX, como el dematerial más idóneo para relleno y sellado de unalmacenamiento de RAA, por su alto contenido demontmorillonita, gran presión de hinchamiento,baja permeabilidad, aceptable conductividad tér-mica, buenas propiedades de retención y su fácilcompactación para fabricación de bloques.

Después de la elección de este yacimiento comobentonita de referencia (denominada muestra obentonita S-2 en informes y publicaciones), duran-te varios años anteriores al FEBEX, se han hechonumerosos estudios de caracterización y comporta-miento (térmico, hidráulico, mecánico y geoquími-co) de esta bentonita. Por consiguiente, existe unaextensa base de datos de sus propiedades. Estosdatos fueron utilizados en las modelaciones preli-

minares para el diseño de los dos ensayos a granescala del proyecto FEBEX.

Para el FEBEX se adquirieron unas 300 toneladasde bentonita adecuadamente homogeneizada ytratada. Basados en la experiencia adquirida porlos estudios mencionados, se exigió que la bento-nita a granel cumpliese las especificaciones si-guientes:

• Contenido de granos mayores de 5 mm, in-ferior al 5%; y fracción de granos menoresde 74 |xm, superior al 85%.

• Límite líquido superior al 90%.

• Presión de hinchamiento comprendida entre3 y 7 MPa, para densidad seca de 1,60g/cm3.

2 Contenido de humedad, después del trata-miento, entre el 12,5 y el 15,5%.

El tratamiento de la bentonita tanto en la canteracomo en la fábrica ha sido estrictamente mecánico(homogeneización, retirada de fragmentos deroca, secado, desmenuzado de terrones y cribado)hasta obtener un material granulado con las ca-racterísticas de granulometría y humedad especifi-cadas. El material tratado se ha empaquetado engrandes bolsas (de unos 1.300 kg) impermeables.Al procesado de la bentonita se le ha aplicado elprograma de garantía de calidad. Durante el en-vasado de la bentonita después de tratada se hatomado una muestra de 8 a 10 kg por cada 2,5toneladas para la realización de los ensayos de la-boratorio.

Un yacimiento de bentonita, por muy homogé-neo que sea, tiene variaciones espaciales, tantohorizontalmente como en profundidad. Para unproyecto de investigación como FEBEX, se debeutilizar material tan homogéneo como se puedaconseguir y, además, sus propiedades deben serdeterminadas mediante ensayos específicos sobremuestras de ese mismo material; de esta forma sereducen las incertidumbres en las modelaciones,en los resultados de ensayos de laboratorio y en lainterpretación final del experimento. Para la eva-luación del comportamiento (PA) de un almacena-miento, sin embargo, es necesario conocer el in-tervalo de variación de las propiedades relevantesde la bentonita en una fuente de aprovisionamien-to masiva. Por consiguiente, es importante la com-paración de las propiedades de la bentonita S-2 yde la FEBEX, obtenidas en dos fases de la explota-ción del yacimiento, con más de cinco años de di-ferencia entre ellas.

15

FEBEX. Etapa preoperacíonal. Informe de síntesis

Por otra parte, el plazo disponible para la carac-terización de la bentonita FEBEX, en la etapa preo-peracional , ha sido de pocos meses, que es unplazo insuficiente para su caracterización detal la-da, por lo que en las modelaciones ha sido nece-sario utilizar algunas propiedades obtenidas sobrela bentonita S-2.

La comparac ión de los resultados de las dos se-ries de ensayos de caracterización -benton i ta S-2 ybentonita FEBEX- indica que el yacimiento es muyhomogéneo, lo que legitima la util ización de cier-tos parámetros de la bentonita S-2 para las mode-laciones de la etapa preoperacional . No obstante,existen ciertas diferencias entre los valores mediosde las dos series de ensayos, que permiten unaevaluación del intervalo de variación de las pro-piedades. Esta evaluación puede ser utilizada paraestablecer límites realistas en los análisis de sensi-bi l idad de las modelaciones, con lo que es posibleconseguir una primera idea de las consecuenciaspara la evaluación del compor tamiento de un re-positorio. Por otra parte, el hecho de que existandiferencias indica la necesidad de una caracteriza-ción detal lada de la bentonita FEBEX a realizar du -rante la etapa operac ional , para reducir incerti-dumbres en la evaluación final de los resultadosglobales del experimento.

En los apartados siguientes se presenta el resu-men de las conclusiones generales acerca de laspropiedades de la bentonita del yacimiento.

2.2 Composición mineralógica y química

2.2.1 Composición mineralógica

La bentonita del yacimiento Cortijo de Archidonatiene un contenido muy alto de esmectita dioctaé-drica de tipo montmorillonita; además, desde elpunto de vista mineralógico, es muy homogénea:el contenido de montmorillonita de las dos bento-nitas (S-2 y FEBEX) varía entre el 88 y el 96%. Al-gunos minerales accesorios son cuarzo, plagiocla-sa, feldespato potásico, calcita y cristobalita.

En los análisis de CSIC-Zaidín se ha detectado,en la bentonita FEBEX, la existencia de interestrati-ficados de esmectita/illita, cuyo contenido se esti-ma en un 15%; en la bentonita S-2, sin embargo,no se habían detectado. En esta etapa no se hadeterminado la influencia que los interestratifica-dos pueden tener en el comportamiento físico-quí-mico de la bentonita.

16

2.2.2 Composición química

En la Tabla 2.1 se muestran los valores mediosdel contenido de los elementos mayores de las dosbentonitas.

El contenido de la mayor parte de los elementos,obtenido en los laboratorios de CIEMAT y CSIC-Zaidín, es muy similar para ambas bentonitas.Hay, sin embargo, diferencias relativamente gran-des entre los dos laboratorios para algunos ele-mentos: K2O (bentonita S-2), Na2O y Fe2Ü3 (ben-tonita FEBEX).

De acuerdo con la composición de los extractosacuosos (Apartado 6.2, [6]), la bentonita FEBEXmuestra una cierta disminución de la salinidad res-pecto de la S-2, debido básicamente a la disminu-ción de la concentración del ion cloruro.

En la Tabla 2.2, se recogen los valores mediosdel contenido de cationes de cambio y de la capa-cidad de cambio (CCC).

Los valores del complejo de cambio obtenidosen los dos laboratorios, para la bentonita FEBEX,son prácticamente iguales; la CCC difiere debidoa que se han empleado diferentes métodos parasu determinación (Apartado 4.3.5., [6]). Sin em-bargo, hay diferencias relativamente grandes nosólo entre los resultados de los dos laboratoriospara la bentonita S-2, sino también entre la bento-nita FEBEX y la S-2, especialmente en los resulta-dos de CSIC-Zaidín. En cualquier caso, pareceque la CCC es inferior para la bentonita S-2 quepara la FEBEX, lo que puede implicar ciertas dife-rencias en el comportamiento físico-químico.

2.3 Propiedades de identificación

Los datos que se presentan en la Tabla 2.3 sehan llamado propiedades de identificación (si-guiendo la terminología de la ingeniería geotécni-ca), porque permiten obtener una primera ¡dea deltipo de comportamiento físico-químico de una ar-cilla, mediante ensayos sencillos.

El valor del límite líquido de las bentonitas S-2 yFEBEX es muy similar en los ensayos de CIEMAT yes algo más bajo el obtenido por UPC-DIT para labentonita FEBEX; pero, cualquiera que sea el va-lor que se considere, es demasiado bajo para unabentonita con tan alto contenido de montmorillo-nita, que además tiene una relativamente altaconcentración de sodio como cation de cambio.El límite líquido es un índice del comportamiento

2. Bentonita: origen y propiedades

Tabla 2.1Composición química de las bentonitas S-2 y FEBEX

{]] Valores medios de varias determinaciones(2) Valores de una solo determinación(3) Valores medios de cuatro determinaciones

Oxido%

SiO2

AI2O3

Fe2O3

MgO

MnO

CaO

Na,0

K20

TiO2

P2O5

H20"

H20+

CO2 org

CO2 min

SO2tot

F

F=0

Bentonita S-2

CSIC-ZaidínO

59,90

18,70

3,60

5,80

—

2,00

2,20

0,70

—

—

—

6,70

0,70

—

—

—

—

CIEMATP)

57,30

19,60

3,90

4,70

<0,03

2,90

1,90

1,40

0,30

0,10

—

5,70

0,60

0,10

0,05

0,16

—

Bentonita FEBEX

CSIC-Zaidín®

58,92

19,48

3,48

4,83

—

2,51

2,28

1,21

—

—

5,07

—

—

—

—

—

—

CIEMATP)

59,40

18,10

2,93

4,20

0,04

1,90

1,40

1,10

0,24

0,02

6,80

4,70

0,37

0,24

0,16

0,18

0,08

mecánico de una arcilla, por lo que un límite bajoen relación con la mineralogía implica, en princi-pio, que el comportamiento físico de esta bentoni-ta no se corresponde con sus características mine-ralógicas.

Independientemente de las diferencias en lasgranulometrías entre las bentonitas S-2 y FEBEX, esnecesario resaltar la gran diferencia entre los resul-tados de CIEMAT y UPC-DIT en el contenido de lafracción inferior a 2 |u.m (tamaño arcilla). La pro-

porción de la fracción de tamaño arcilla dependedel tratamiento previo de la bentonita para la de-terminación granulométrica. Las diferencias se ex-plican porque en el CIEMAT se ha hecho una dis-persión muy intensa utilizando incluso ultrasonidos,mientras que en la UPC-DIT se ha empleado latécnica estándar en geotecnia.

Los valores medios de la superficie específica to-tal, del mismo orden de magnitud para las bento-nitas S-2 y FEBEX, son algo bajos para una bento-

17


Tabla 2.2Valores medios del complejo de cambio

Cationes y CCCmeq/100g

Co2+

Mg2+

Na+

K+

CCC

Propiedad

Humedad de equilibrio encondiciones de laboratorio, en %

Límite líquido, en %

Límite plástico, en %

índice de plasticidad

Peso específico

Granulometría, en %Fracción menor de 74 n mFracción menor de 2 \im

Superficie específico, en m2/gToralExterna, BET

Bentonita S-2

CSIC-Zaidín

31 ± 6

33±6

30 + 3

3,0 ±1

92 ±12

CIEMAT

41 ±7

31±7

22±3

2,5 ±1

97 ± 17

Bentonita FEBEX

CSIC-Zaidín

47+2

36±2

26±1

2,3 ±0

106 ±3

Tabla 2.3Propiedades de identificación

Bentonita S-2

CSIC-Zaidín

—

—

—

—

—

93±382±6

614±74

CIEMAT

10a 13

105±10

—

—

2,78

8665±1

516±3737

Bentonita FEBEX

CIEMAT UPC-DIT

13,7+1,3 —

102±4 93±1

53 + 3 —

49±4 —

2,71 ±0,04 —

92±1 8768±2 45

32±3 —

CIEMAT

48±4

38±2

25±1

2,2 ±0

113±6

CSIC-Zaidín

—

—

—

—

—

—

640 a 659

nita con tan alto contenido de montmorillonita. Dehecho, comparados con una montmorillonita me-dia típica, parece que el contenido real demontmorillonita en la bentonita del Cortijo de Ar-chidona debería ser algo inferior al estimado enlos análisis mineralógicos, lo que corroboraría laexistencia de un cierto porcentaje de interestratifi-cados de esmectita/illita. Asimismo, el valor obte-

nido para la superficie externa (BET) es algo bajorespecto de los valores medios (que aparecen enla literatura científica) para esmectitas.

El bajo contenido de la fracción menor de 2 Jimya fue señalado en los primeros estudios realizadoscon la bentonita S-2, y se propuso como explica-ción el que las partículas más pequeñas pudieran

18

2. Bentonita: origen y propiedodes

estar aglutinadas o cementadas con sílice coloidal(durante la alteración del material volcánico delque provienen), lo que dificultaría la dispersión dela arcil la, y por tanto la separación de la fracciónmenor de 2 \im. Este argumento está apoyado porel elevado contenido de filosilicatos (62%) encon-trados en la fracción mayor de 20 mm.

Otra explicación es que la mayor parte del mate-rial del tamaño limo y algo del de tamaño arenaestá formado por "pseudomorfos" de granos vol-cánicos transformados en esmectita. Los "pseudo-morfos" son relativamente estables y moderarían elcomportamiento físico de la bentonita: actúan quí-micamente como esmectita, pero no tienen elcomportamiento físico de una bentonita.

En todo caso, parece que el hecho de que existauna fuerte aglomeración de las partículas finaspuede explicar los bajos valores del límite líquido yde la superficie específica externa.

En esta etapa del estudio no se ha investigado lainfluencia que las peculiaridades descritas puedentener en el comportamiento físico-químico de labentonita FEBEX. Solamente se ha comprobadoque, con varios ciclos de calentamiento (de 150° a200°C)/enfr iamiento, el límite líquido aumenta de98% a más de 190%.

2.4 Propiedades mecánicas

2.4.1 Resistencia a compresión simple y triaxial

La resistencia se ha determinado en muestras dela bentonita S-2, en años anteriores al FEBEX. Aefectos indicativos se presentan algunos datos(para más detalle, Apartado 2.4.5., [6]).

La resistencia a compresión simple es de 2,5MPa para muestras preparadas con la humedadde equilibrio de laboratorio a una densidad de1,70 g/cm3. Se ha comprobado que la resistenciaa compresión simple aumenta exponenáalmentecon la densidad seca.

Se han hecho diversos tipos de ensayos triaxiales,con muestras saturadas y sin saturar. Los resultadossobre muestras sin saturar, preparadas a diferentesdensidades secas con la humedad de equilibrio delaboratorio, se presentan en la Tabla 2.4.

2.4.2 Compresibilidad - ensayos edométricos

Se han realizado sobre muestras de la bentonitaS-2, para densidades secas iniciales de 1,40 y

Tabla 2.4Parámetros de resistencia obtenidos en ensayos triaxiales con probetas no saturadas fabricadas con la humedad de equilibrio

de la arcilla en las condiciones de laboratorio y diferentes densidades iniciales

Pdg/cm3

1,6

1,6

1,6

1,7

1,7

1,7

Sr inicial%

41-47

41-47

41-47

49-60

49-60

49-60

Intervalo de a 3

MPa

0,5-3,0

3,0-10,0

10,0-30,0

0,5-3,0

3,0-10,0

10,0-30,0

CohesiónMPa

0,7

2,8

4,4

0,8

1,0

3,5

Ángulo de rozamientoen grados

25

14

14

30

26

16

1,8

1,9

53-59

53-59

65-79

3,0-10,0

10,0-30,0

3,0-10,0

4,3

4,5

16

18

19

19


1,60 g / cm 3 . En la Tabla 2.5 se presentan los resul-tados de los parámetros edométricos.

2.4.3 Superficie de estadoMediante ensayos edométricos de succión con-

trolada, sobre muestras compactadas a densidadseca de 1,63 g/cm3 con la humedad de equilibrioen las condiciones de laboratorio (11,7%), UPC-DIT ha determinado, para la bentonita FEBEX, unasuperficie de estado preliminar, para succión de-creciente y con cambios pequeños de tensiones,expresada por la ecuación

e = 0,8169 - 0,1268 log fo-pj -0,04968j + 0,05409 log (a-pa) log

donde e es el índice de poros, y a, s, pa y patm sonla tensión vertical, la succión, la presión del aire yla presión atmosférica, todas expresadas en MPa.

2.4.4 Presión de hinchamientoPara la presión de hinchamiento de la bentonita

S-2 se ha determinado una curva de regresión enfunción de la densidad seca, que se presenta en laFigura 2.1 y está expresada por la ecuación (Apar-tado 4.4.1., [6])

Ps = exp (5,9 pd - 7,9)

donde Ps es la presión de hinchamiento en MPa yPd es la densidad seca en g/cm3.

Tabla 2.5Parámetros edométricos

Pdg/cm3

14

1,6

Ce

0,38

0,38

Cs

0,20

0,33

a»mVkN

2,5 10 s

2,3 10 5

m,mVkN

1,7 10-5

1,4 10 5

km/s

4,7-101 2

1,3-1013

s.§

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5 & fir V

I1/

r//

X

D

Valores bentonita S-2

Valores bentonita FEBEX

Correlación bentonita S-2

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0

Densidad seca (g/cm3)

Figura 2.1. Presión de hinchamiento en función de lo densidad seca.

20


Para la bentonita FEBEX se han hecho dos seriesde ensayos para densidades secas nominales de1,60 y 1,70 g /cm 3 . Los valores medios determina-dos para la bentonita FEBEX son ligeramente supe-riores a los correspondientes de la S-2 obtenidosapl icando la fórmula anterior: del orden del 7 y10% para las densidades secas nominales de 1,60y 1,70 g /cm 3 , respectivamente (Tabla 2.6).

Es posible que realmente exista una diferencia enlas presiones de hinchamiento. En cualquier caso,para los efectos prácticos de la evaluación delcomportamiento de un repositorio, se puede consi-derar que no existe diferencia a lguna.

2.4.5 Hinchamiento bajo carga

Estos ensayos han sido realizados en muestras debentonita FEBEX en edómetros convencionales.

El CIEMAT ha realizado 7 ensayos sobre probe-tas con densidad seca nominal de 1,60 g/cm3.Cuatro de los ensayos se han hecho bajo una pre-sión de 0,5 MPa y los otros tres a 0,9 MPa. Los va-lores medios de los resultados se presentan en laTabla 2.7.

La UPC-DIT ha realizado 21 ensayos de inunda-ción bajo carga sobre probetas preparadas a va-rias densidades secas entre 1,57 y 1,87 g/cm3 conhumedad inicial del 11,7% (humedad de equilibriocon el aire del laboratorio). Las probetas se hansaturado bajo una carga predeterminada entre0,01 y 10,00 MPa.

La deformación (e) inducida después de la satu-ración puede ser expresada aproximadamente porla ecuación

e = -0,4693-0,1935 Ig a + 0,3659 pd

donde c es la carga vertical en MPa y pd es la den-sidad seca inicial en g/cm3.

En la Figura 2.2 se muestra la relación entre ladeformación y la carga vertical, para varias densi-dades secas.

Como se puede comprobar, los resultados deambos laboratorios son muy similares.

2.4.6 Módulo elástico de corte (G)

Para la bentonita FEBEX, la UPC-DIT ha determi-nado el módulo elástico de corte (G) a pequeñasdeformaciones (10-6<y<lO4). Los ensayos se hanhecho en columna resonante en 10 probetas com-pactadas a varias densidades secas y grados desaturación. Los resultados se presentan en la Tabla2.8.

2.4.7 Rigidez de juntas

Estos ensayos, de compresión no conf inada, sehan hecho en la UPC-DIT, con probetas de bento-nita FEBEX, con el objeto de obtener la relación

Tabla 2.6Presiones de hinchamiento para densidades secas nominales de 1,60 y 1,70 g/cm3

Pdg/cm3

1,60*0,02

l,71±0,01

w inicial%

13,611,2

13,411,1

w final%

29,711,5

28,4±0,8

Tabla 2.7Hinchamiento bajo carga vertical (bentonita FEBEX)

P,MPa

4,9+1,0

9,9+1,4

Carga vertical 0,5 MPa Carga vertical 0,9 MPa

Pd inicialg/cm3

1,61+0,01

w inicial%

13,910,6

w final%

39,2±0,7

Hinchamiento%

17,5+0,3

Pd inicialg/cm3

1,6010,01

w inicial%

14,310,6

w final%

36,8±0,3

Hinchamiento%

14,711,3

21

FEBEX. Etapa preoperacionol. Informe de síntesis

0,10 1,00

Tensión vertical (MPa)

10,00

Figura 2.2. Deformaciones por hinchamiento paro diferentes cargas verticales aplicadas. El valor de lo densidad seca inicial se indicapara cada punto.

Tabla 2.8Módulo elástico de corte obtenido en los ensayos de columna resonante

Densidadseca

g/cm3

Humedad Grado desaturación

%

índicede poros

Módulo elástico de corte G (MPa)

MPa MPa MPa MPa MPa

22

1,58

1,66

1,54

1,56

1,62

1,66

1,65

172

1,68

162

14,7

13,6

3,4

2,8

24,6

21,3

4,7

10,4

3,7

12,7

54

57

12

10

95

87

19

47

16

50

0,757

0,668

0,802

0,777

0,717

0,677

0,685

0,615

0,652

0,713

140

211

78

89

240

252

74

200

61

122

207

223

106

106

270

296

90

219

89

180

245

270

174

138

370

137

293

141

240

300

208

331

429

190

381

200

299

370

326

336

502

310

429

290

387


entre tensión normal y desplazamiento en las ¡un-tas entre bloques.

Los desplazamientos de la ¡unta se han calculadopor comparación, para el mismo nivel de carga,entre la deformación medida en una probeta de 78mm de altura y la deformación medida en otra pro-beta formada por dos piezas superpuestas, de 39mm de altura cada una. Se han ensayado probetascon tres grados de saturación diferentes (Apartado4.4.1., [6]). En la Figura 2.3 se muestra el valor dela reducción de la distancia entre los labios de la¡unta entre dos bloques en función de la carga nor-mal aplicada en la misma, para distintos valoresdel grado de saturación.

2.5 Propiedades hidráulicas

2.5.1 Conductividad hidráulica saturada

Para la bentonita S-2 se obtuvo, en probetas sa-turadas, una relación empírica del coeficiente depermeabilidad en función de la densidad seca, ex-presada por las ecuaciones

log k = -8, J4pd -0,72,r2 — 0,88, 12 puntos, para p¿ entre 1, 1 y 1,4 g/cm3

logk = -2,97 pd -8,29,r2 = 0,80, 9 puntos, para pd entre 1,4 y 1,9 g/cm3

donde k es el coeficiente de permeabilidad en m/sy Pd es la densidad seca en g/cm3 (Apartado2.4.10., [6]).

Para la bentonita FEBEX, CIEMAT ha hecho unaserie de ensayos de permeabilidad para densida-des secas nominales de 1,60 y 1,70 g/cm3, cuyosvalores medios se presentan en la Tabla 2.9 (Apar-tado 4.4.2, [6]).

En la Figura 2.4 se muestran las líneas de regre-sión para el coeficiente de permeabilidad de labentonita S-2 y los puntos obtenidos para las dosbentonitas (S-2 y FEBEX). Como se puede obser-var, los datos indican que la arcilla FEBEX es me-nos permeable que la S-2. Si se comparan los va-lores medios de los coeficientes de permeabilidadpara las dos bentonitas, la relación entre los valo-res de la S-2 y los de la FEBEX es de 1,4 a 1,5,para las densidades secas nominales de 1,60 y1,70 g/cm3, respectivamente. Se debe concluir

0,05 0,10 0,15

Desplazamiento de la ¡unta (mm)

0,20

Figura 2.3. Desplazamientos entre los labios de una junta para diversos grados de saturación.

23


Tabla 2.9Conductividad hidráulico saturada para densidades secas nominales de 1,60 y 1,70 g/cm3

Pdg/cm3

1,6010,01

l,69±0,01

w inicial%

13,5±1,3

13,6±1,5

k10'4m/s

5,9±1,7

3,6+0,4

-10,0

-11,0

-12,0

-13,0

-14,0

x \x

\x

\

0 °<?/^

X

o

X

Valores bentonito FEBEX

Valores bentonito S-2

Correlación bentonito S-2

1,10 1,30 1,50


1,70 1,90

Figura 2.4. Conductividad hidráulico saturado en función de la densidad seca.

que la bentonita FEBEX tiene tendencia a ser me-nos permeable que la S-2, pero es una diferenciamuy pequeña, incluso inferior a la dispersión exis-tente en una misma serie de ensayos.

2.5.2 Permeabilidad relativa

A partir del análisis inverso de datos de ensayosde infiltración realizados por CIEMAT con bentoni-ta S-2, la UPC-DIT ha determinado la ley siguientepara la permeabilidad relativa

h = Sr3

24

donde kr| es la permeabilidad relativa y Sr es elgrado de saturación (Apartado 2.4.1 1., [6]).

2.5.3 Relación succión/humedad

Para succiones comprendidas entre 2,0 y 385,0MPa se determinó, para la bentonita S-2, la ecua-ción empírica (Apartado 2.4.8., [6])

w = 36,1 - 12,0 log s r2 = 0,94 191 puntos

UPC-DIT ha determinado la relación succión/hu-medad en probetas de la bentonita FEBEX com-

2. BentonitQ: origen y propiedades

pactadas, con la humedad de equi l ibr io en lascondic iones de laborator io , a densidad seca entre1,50 y 1,70 g / c m 3 . Se han ensayado 18 probetasa varias temperaturas y succiones comprendidasentre 3 y 7 0 0 MPa. Se ha obten ido la ecuación(Apartado 4 . 4 . 1 , [6])

w = 40,7 - 14,3 logs

donde, para ambas ecuaciones, w es el contenidogravimétrico de humedad final, expresado en tantopor ciento, y s es la succión en MPa.

También CIEMAT ha hecho ensayos de suc-ción/humedad para la bentonita FEBEX, pero sólopara tres valores de la succión, lo que no permiteestablecer una relación matemática. Los valoresmedios obtenidos se presentan en la Tabla 2.10.

En la Figura 2.5 se muestran las curvas de regre-sión para ambas bentonitas y los puntos obtenidospor CIEMAT para las bentonitas S-2 y FEBEX.

Como se puede observar, las diferencias entreambas curvas son muy pequeñas, de uno a dospuntos en porcentaje en el contenido de humedad

Tabla 2.10Relación entre succión y humedad

(1)

w inicial

13,511,4

13,511,4

12,410,5

13,511,4

SucciónMPa

257,712,6

141,712,6

126,010,0

14,510,4

Pd finalg/cm3

1,6410,02

1,6110,02

1,6010,01

1,36+0,03

Según la relación establecida previamente para la bentonita S-2.

w final

8,810,4

12,110,9

12,410,3

22,011,5

Sr final

3612

4813

4811

6115

%

7,810,1

10,810,1

11,410,0

22,5+0,1

"8

35

30

25

20

15

10

<11

X

11¿LA

X u

X

oValores bentonita S-2

Valores bentonita FEBEX

Correlación bentonita FEBEX(UPC-DIT)


100 200

Succión (MPa)

300 400

Figuro 2.5. Relación succión/humedad.

25


dependiendo del valor de la succión. N o obstante,se puede decir que existe una cierta di ferencia, quese refleja también en la humedad de equi l ibr io conlas condiciones de laborator io c o m o se indica enla Tabla 2 .3 . Las diferencias, en todo caso, entreambas arci l las, son muy pequeñas a efectos prácti-cos de la evaluación del compor tamiento.

Hay que tener en cuenta , sin e m b a r g o , que lasrelaciones succ ión /humedad obten idas hastaahora en las series de ensayos para las dos ben-toni tas t ienen varias carencias, que es necesariosupl ir durante la e tapa ope rac iona l . Por d i f icu l ta-des exper imenta les, los ensayos se han hechopara un intervalo de g rado de saturac ión lejosde la saturac ión comp le ta , en el extremo supe-rior. Además , éstas son curvas succ ión /humedadprocedentes de ensayos de probetas di ferentes,no son curvas característ icas succ ión /humedadde una sola probeta . El efecto de histéresis no hasido analizado.

Tampoco se ha definido hasta ahora, con fiabili-dad suficiente, la influencia de la temperatura enla relación succión/humedad.

2.6 Propiedades térmicas

2.6.1 Calor específico

Se ha determinado solamente para la bentonitaS-2 (Apartado 2.4.12., [ó]). La relación entre el ca-lor específico y la temperatura, en un intervalo de

temperaturas entre 45 y 150°C, se ajusta a laecuación

cs = 7,38 • T + 732,5

donde cs es el calor específico en J/kg °C y T es latemperatura en °C.

2.6.2 Conductividad térmica

Se ha determinado la conduct iv idad térmica su-perficial de la bentonita FEBEX, en probetas com-pactadas a densidades secas nominales de 1,60 y1,70 g / c m 3 con diferentes humedades (Tabla2.11) .

En la Figura 2 .6 se han representado las curvasde regresión de los valores de la conduct iv idad tér-mica en función del g rado de saturación, para labentonita S-2 (Apartado 2 .4 .12 . , [6]) y para la FE-BEX (Apartado 4 .4 .3 . , [6]). Se han representadotambién todos los valores, dist inguiéndolos por in-tervalos de densidades secas, de las probetas en-sayadas. Se obt iene una buena correlación de t iposigmoidal (Boltzmann) para las dos bentonitas, me-diante la ecuación

= A2 lid.

donde X es la conduct iv idad térmica en W / m -K, Sr

es el g rado de saturación, A] es el valor de X paraSr = 0 , A2 es el valor de X para Sr = 1 , x0 es elgrado de saturación para el cual la conduct iv idad

Tabla 2.11Conductividad térmica para densidades secas nominales de 1,60 y 1,70 g/cm3

Pdg/cm3

l,57±0,03

l,59±0,04

l,61±0,03

1,68+0,03

l,71±0,03

l,71±O,03

26

w%

l,0±0,7

14,5±1,1

24,5+3,0

0,8+0,9

13,8+1,2

21,4+1,0

%

4±3

56+4

98+14

4±4

64+5

100+5

XW/nrK

0,52+0,04

0,75+0,10

l,23±0,12

0,63+0,01

0,89+0,08

1,24+0,08


1,6

1,4

-S 1,2

0,6

0,4

A

J-x

AA

A A

* Y 2/ /

•» A

••

/ L

• / /jír /

•/f¡<

•

0

S0

A

--ar

0

• Valores S-2: pd -

A Valores S-2: p d : 1,55-1,65 g/cm3

• Valores S-2: p d > 1,65 g/cm3

o Valores FEBEX: pd < 1,55 g/cm1

A Valores FEBEX: p d : U 5 - l , 6 5 g/cm1

o Valores FEBEX: pd > 1,65 g/cm1


Correlación bentonita FEBEX

0,2 0,4 0,6

S,

0,8

6. Conductividad térmica en función del grado de saturación.

térmica es el valor medio entre los valores extre-mos, y dx es un parámetro.

Los parámetros obtenidos en el ajuste de las cur-vas son los siguientes:

A,

A2

4

Bentonita S-2

0,39

1,34

0,54

0,15

Bentonita FEBEX

0,55

1,30

0,67

0,11

Existe una cierta diferencia entre las curvas, másacusada para los valores más bajos del grado desaturación. No se puede hacer una evaluación cla-ra de las diferencias: por una parte, porque laconductividad térmica aumenta no sólo con la hu-medad sino con la densidad seca; y, por otra, por-que para la bentonita S-2 hay sólo dos puntos enel extremo inferior del grado de saturación. Peroteniendo en cuenta todos los puntos, parece queeste parámetro difiere muy poco entre ambas ben-tonitas.

2.6.3 Coeficiente lineal de dilatación térmica

El valor medio del coeficiente lineal de dilatacióntérmica, determinado por la UPC-DIT, sobre mues-tras de densidad seca media de 1,70 g/cm3 y hu-medad media del 13,5%, para un intervalo detemperaturas de 14,8 a 51,0°C, es de 1-10"4 O C(Apartado 4.4.3., [6]).

2.7 Otras propiedades

2.7.1 Agua intersticialSe ha extraído el agua intersticial por compresión

a 70 MPa, de una pasta de bentonita S-2 con un2 5 % de contenido de humedad obtenida por mez-cla de arcil la estabilizada en condiciones de labo-ratorio y agua granítica en la proporción necesa-ria. Varios ensayos han permitido comprobar quela química del agua obtenida está condic ionadapor la bentonita y no por el t ipo de agua añadida.El agua obtenida es de t ipo clorurado-sódico-magnésico, con una fuerza iónica de 0 , 3 M . Los re-sultados analíticos del agua extraída se presentanen la Tabla 2 .12 .

27

FEBEX. Etapa preoperacionol. Informe de síntesis

Tabla 2.12Composición química del agua intersticial de la bentonita S-2

cr(mgyi) 6570

NO; (mg/1)

S0=(mg/l)

HCO" (mg/1)

SiO2(mg/l)

67

1490

170

12

Br(mg/I) 16

Co2+(mg/l)

K+(mg/l)

Sr (mg/1)

I (mg/1)

Ni (mg/1)

Cu (mg/1)

Zn (mg/1)

pH

575

Mg 2 + (mg/1)

Na+ (mg/1)

Mo (mg/1)

1100

2425

0,13

12

0,38

0,73

0,37

4,8

7,2

Cond. (mS/cm) 18

2.7.2 Porosidad

Los estudios de porosidad hechos en bloquesde la bentonita FEBEX, con densidad seca del or-den de 1,75 g/cm3, muestran los resultados si-guientes:

Tamaño de porou.m

>3

3 a 0,05

Cantidad%

23±6

26±6

Moda[im

9±4

0,4±0,3

2.7.3 Capacidad desorción

Se ha iniciado una serie de experimentos de la-boratorio con trazadores seleccionados por suanalogía química con los radionucleidos que pue-den estar potencia I mente presentes en los residuosradiactivos. Son experimentos de sorción en"batch", con la bentonita FEBEX, para determinarel coeficiente de distribución. Dependiendo de sucomportamiento respecto a la sorción, son posi-bles dos tipos de trazadores: conservativos (aque-llos que no serán adsorbidos en el medio, y son in-dicadores del movimiento del agua) y no conserva-tivos (que se moverán sufriendo retardo debido asus propiedades de sorción).

28


Los resultados obtenidos en condiciones óxicas,tras 7 días de contacto de la bentonita en polvocon agua granítica en relación 1:10 para dos tem-peraturas diferentes, se muestran en la Tabla 2 .13 .(Apartado 4.6., [6])

2.7.4 Caracterización microbiológica

Se han realizado análisis sobre 7 muestras de labentonita FEBEX. Los resultados se expresan comoel número más probable (MPN) de bacterias porgramo de arcilla analizado (con una humedad del13 %). Calculando la media aritmética de los nú-

meros más probables y de sus límites de confianzarespectivos, en las diferentes muestras analizadas,se obtuvieron los valores que aparecen en la Tabla2.14.

En el caso de las bacterias aerobias también seha estimado su número mediante la técnica de re-cuento en placa.

El límite 95 % corresponde a los límites inferior ysuperior, con un 95 % de confianza, para los nú-meros más probables estimados. El número entreparéntesis indica el número de muestras utilizadopara el cálculo. El signo (-) indica que no se handetectado bacterias.

Tabla 2.13Resultados de sorción en "batch" y Kj

Elemento

25°C

Kdml/g

Sorción%

90°C

ml/gSorción

%

1

Br

Re

Se

Mo

B

Cs

Sr

La

Nd

Eu

Th

U

1,9

0

0

0(b)

0(c)

22,5

> 1990

90

> 1990

> 1990

> 1990

> 1990

1,1

16,5

0

0

0(b)

0(c)

69,3

>99

90

>99

>99

>99

>99

9,8

0,2

(a)

0

0

0(c)

38,7

> 1990

98

>1990

> 1990

> 1990

> 1990

>920

2

(a)

0

0

0(c)

79,5

>99

91

>99

>99

>99

>99

>98

(a) Se observaron niveles anormalmente altos de bromuro, debido probablemente a una contaminación procedente del baño de gkerina.

(b) Experimentos realizados usando la misma agua subterráneo granítica que en el experimento en "batch" o 90°C.

(c) Se usó beptamolibdato amónico (VI), (NH0iMo¡0u-4Hi0.

29


Tabla 2.14Recuento de los diferentes grupos de bacterias encontrados en la bentonita FEBEX

Tipo de bacteria

Aerobias, Límite 95 %

Aerobias (placas)

Anaerobias, Límite 95 %

Microaerófilas, Límite 95 %

Azufre oxidantes, Límite 95 %

Sulfuro oxidantes, Límite 95 %

Sulfato reductoras, Límite 95 %

Mitrantes

N ¡(rosantes

1 ferroxidans

MPN

100 000 (6), 18 000-363 000

90000(5)

1400 (4), 260-5600

78 200 (5), 12 000-398 000

2 600 (5), 400-11 000

28 (4), 2 - 1 4 0

48 (4), 8 - 2 0 0

-(6)

- (6)

-(2)

30

3ENSAYO "IN SITU


31

3. Ensayo "in situ"

Este ensayo tiene una importante componente dedemostración, por lo que se ha prestado especialatención al diseño y fabricación de sus componen-tes (calentadores, bloques de bentonita, etc), a sutransporte y manejo en un espacio de dimensionesreducidas, a la excavación de la galería y al mon-taje.

El objetivo de comprobación de la capacidadpredictiva de los modelos THM y THG debe serconseguido, en último término, sobre los resulta-dos obtenidos en este ensayo. Existen, sin embar-go, incertidumbres relacionadas con las heteroge-neidades, parámetros, condiciones iniciales y decontomo del sistema hidráulico del macizo rocoso.Por esta razón se ha considerado necesario reali-zar el ensayo en "maqueta" (Capítulo 4).

En este capítulo se presenta una descripción re-sumida del diseño, fabricación y montaje de loscomponentes físicos del ensayo. Todo este trabajoha sido realizado por AITEMIN y está recogido endetalle en el documento 70-AIT-M-4-01, DiseñoFinal y Montaje del Ensayo "In sifu" en Grimsel [8].

Se incluyen también los resúmenes de la caracte-rización hidrogeológica, del análisis químico delagua de Grimsel y de las modelaciones THM yTHG, que en detalle se presentan en los documen-tos siguientes:

Ü 70-UPC-M-0-1001, Hydrogeological Cha-racterization and Modelling [9].

3 70-IMA-L-2-28, Caracterización Hidrogeo-química de las Aguas del Túnel FEBEX delGrimsel Test Site (GTS) [10].

• 70-UPC-M-3-001, Preoperational Thermo-hydro-mecbanical Modelling of the "in situ"Tesf [11].

• 70-ULC-M-0-2 Thermo-hydro-geochemical Mo-delling of the "In situ" FEBEX Experiment [12].

3.1 Descripción general

El ensayo "in situ" consiste en la realización, aescala 1:1, de una simulación de emplazamientode RAA según el concepto de referencia AGP deENRESA [5]. Para ello, se han introducido dos ca-lentadores eléctricos, de dimensiones y peso equi-valentes a los de las cápsulas de dicho concepto,en una galena de sección circular de 2,28 m dediámetro excavada en granito, y se ha rellenado elespacio entre los calentadores y la roca con blo-ques de bentonita compactada, hasta completarun total de 1 7 m de longitud de la barrera. La

zona de ensayo se ha cerrado con un tapón dehormigón.

El ensayo se ha instalado en el laboratorio subte-rráneo gestionado por NAGRA, situado en Grimsel(Suiza), debido a la excelente infraestructura exis-tente en dicho laboratorio para ensayos a gran es-cala, y la similitud entre los conceptos de referen-cia español y suizo.

En conjunto, el ensayo ha supuesto la colocaciónde un total de 5331 bloques de bentonita, hastacompletar una masa total de 115,7 t. Además delos propios calentadores, se han dejado instalados632 sensores de muy diversos tipos para monitori-zar los diferentes procesos termo-hidro-mecánicosque se producirán, tanto en la barrera de arcillacomo en la roca circundante, a lo largo de la vidadel ensayo. En principio, está prevista una etapade calentamiento-enfriamiento de algo más de tresaños, al cabo de los cuales la instalación será des-mantelada en su integridad para realizar los ensa-yos y análisis oportunos. Se han colocado también,en la zona de ensayo, una serie de trazadores quí-micos, así como probetas de distintos metales ycaptadores de gases para estudios de transporte ycorrosión.

La galería utilizada para el ensayo fue excavadaespecíficamente para este fin, en una zona previa-mente seleccionada de acuerdo con los datos exis-tentes sobre el laboratorio de Grimsel. Como con-firmación adicional, se perforaron dos sondeos deinvestigación en dicha zona, prácticamente parale-los al trazado previsto de la galería.

Después de excavada, se realizó un detallado re-conocimiento geométrico y geológico de la galeríay se perforaron 1 9 sondeos desde el interior parala instrumentación del macizo rocoso.

Se ha hecho un detallado estudio hidrogeológi-co del macizo rocoso del entorno de la galería,utilizando datos tomados en los sondeos existentesen la zona, en los dos sondeos de investigaciónmencionados anteriormente, en las paredes de lagalería, y en los 1 9 sondeos perforados desde suinterior.

El experimento ha sido diseñado para funcionarde forma autónoma. Su seguimiento y control serealiza de forma remota desde Madrid.

3.2 Situación del ensayo

El laboratorio subterráneo de NAGRA, denomi-nado por sus siglas en inglés GTS (Grimsel Test

33


Site), está situado a 1 725 m de altitud en los Alpessuizos, en las proximidades del puerto de Grimsel(Figura 3.1).

El labora tor io consiste en una serie de galeríasy cavernas experimentales, excavadas a part i r deun túnel existente para el acceso a dos centraleshidroeléctr icas subterráneas de la empresaK W O . El GTS comienza a 1,02 km de la bocadel túnel de acceso y su p ro fund idad respecto dela superf icie del terreno es del orden de 4 0 0 m.El labora tor io t iene una zona de servicios gene-rales y la infraestructura necesaria para la real i -zación de los ensayos. En la Figura 3.2 se pre-senta una vista general del labora tor io y la situa-c ión de la galería FEBEX.

El GTS sólo es accesible por carretera desdeaproximadamente mayo/ jun io a octubre/nov iem-bre, según el año. El resto del t iempo el acceso serealiza uti l izando el teleférico de servicio de K W O ,lo cual limita mucho tanto el horar io de permanen-cia en el GTS como el transporte de cargas pesa-das. Ello ha condic ionado en gran medida la pla-nif icación temporal del proyecto, de forma que to-das las operaciones de montaje, y sobre todo lasque impl icaban carga y descarga de materiales, o

utilización de maquinaria pesada, se debieronajustar al periodo de tiempo en que era posible elacceso por carretera.

3.3 Características de la galería FEBEX

3.°o.i Ubicación y geometría

La galería FEBEX parte desde la zona de la entra-da norte al GTS (Figura 3.2).

En la selección del emplazamiento, se buscó lafacilidad de acceso con maquinaria pesada y la e-xistencia de zonas con un cierto aporte de agua(Apartado 3.4), con objeto de tratar de alcanzar elmayor grado de saturación posible de la bentoni-ta, durante el tiempo previsto para el ensayo.

La galería es de sección circular con un diámetrode 2,28 m, tiene una longitud total de 70,4 m, yse realizó con una pendiente ascendente del 1 %para permitir su desagüe natural. La "zona de en-sayo" está situada en los últimos 1 7 m de la gale-ría (Figura 3.3).

A L E M A N I A

,.'',, '• I ' ' , •¿--••- ' "' '^" - Ü - I O S S . - . ^ ^ " " ^ " - . - ! ' PUERTO DE • - . , "¡t ' .O'tí- «4? ,

f R A '-I C i A

?o

l l S O S / - " ,. I T A L I A

fuc/o ,-.ui i T A l l A ,

Figura 3.1. Plono de situación del GIS.

34

3. Ensayo "in situ"

km 1,750^

Galerías deexperimentacióndel laboratorio

Figura 3.2. Laboratorio subterráneo de NAGRA en Grimsel.

2,575 4,540 1,020 4,540

Canal para cables

0 1 2 3m

Tubo guía Tapón dehormigón

Solerade hormigón

E ü Hormigón

L 1 Bentonita

E33 Lomprófido

r"} Granito

Figura 3.3. Disposición general de algunos elementos principales en la zona de ensayo.

35


3.3.2 ExcavaciónLa galería se excavó con una máquina tunelado-

ra de sección completa (TBM), de diámetro nomi-nal 2,27 m. Este diámetro, ligeramente inferior alde 2,40 m previsto en el concepto de referencia,estuvo condicionado por la disponibilidad en elmercado de máquinas de este tipo en el momentode la excavación.

La excavación se realizó en el periodo compren-dido entre el 25/09/95 y el 30/10/95. Tras la ex-cavación, se realizó una campaña de medicionesde los diámetros reales y de la rugosidad de la su-perficie de la roca mediante un perfilómetro láser(Apartado 2.2, [8]), resultando para la zona de en-sayo un diámetro medio de 2,28 m, con una va-riación de ± 1 cm.

El anchurón necesario para el alojamiento deltapón de hormigón (Figura 3.3) se excavó con sie-rra para evitar dañar la roca en dicha zona. Con-cretamente, se realizaron una serie de cortes de laprofundidad adecuada y perpendiculares al eje deía galería, mediante una sierra circular, posterior-mente se arrancaban los filetes de roca de formamanual mediante cuñas.

3.3.3 Zona de ensayoLa Figura 3.3 representa la disposición final de

algunos elementos principales del ensayo despuésde montados en la galería.

En la zona denominada "zona de servicio" estánsituados todos los equipos eléctricos y electrónicospara el control de potencia de los calentadores ypara la adquisición y registro de datos. En estazona se construyó una solera de hormigón para fa-cilitar el transporte y el montaje de materiales yequipos.

Entre la zona de servicio y el tapón de hormigónse ha dejado un espacio de 3,5 m ("zona interme-dia") para la recogida de posibles aguas filtradasdesde la zona de ensayo.

3.4 Caracterización hidrogeológica

Este apartado contiene una descripción resumidadel estudio hidrogeológico del entorno de la gale-ría FEBEX, hecho por la UPC-DIT.

El objetivo del estudio ha sido proporcionar losparámetros y las condiciones iniciales y de conior-

no del sistema hidráulico del macizo rocoso, nece-sarios para las modelaciones THM y THG del en-sayo.

El análisis se ha hecho mediante un modelo nu-mérico tridimensional, capaz de predecir el caudalde infiltración a la galería y la piezometría del en-torno [9].

El estudio hidrogeológico incluye y está basadoen la información siguiente:

• Geología. Fue hecha por CIEMAT y está ba-sada fundamentalmente en las cartografíasde los túneles y en los testigos de los sondeos(observaciones de la fracturación, circulaciónde agua, etc) [13].

• Geofísica. Se realizaron dos campañas deradar, una entre los sondeos BOUS-85.001(BOUS-1), BOUS-85.002 (BOUS-2) yBOUS-85.003 (BOUS-3), y otra entre los FE-BEX-95.001 (FBX-1) y FEBEX-95.002 (FBX-2).La situación de los sondeos está indicada enla Figura 3.2. También se realizaron tomo-grafías sísmicas entre sondeos en el planodefinido por la alineación de los sondeosBOUS-1, BOUS-2 y BOUS-3, y la pared deltúnel del laboratorio.

• Ensayos hidráulicos. Durante las diferentesfases del proyecto se ha hecho un gran nú-mero de ensayos hidráulicos (en un sólo son-deo y entre sondeos), de diferentes tiemposde duración. Los ensayos hidráulicos se hanhecho en tramos aislados por obturadores,no sólo en los sondeos BOUS (1 y 2) y FBX(1 y 2), sino en alguno de los 19 sondeosperforados desde el interior de la galería FE-BEX (Figura 3.30).

• /Aforos. Se hicieron aforos en puntos concre-tos de la zona, así como en las paredes de lagalería.

Zi Medidas de niveles piezoméiricos. Todos lostramos (o intervalos) de los sondeos, entreobturadores, están equipados con sensoresde presión. Mediante un "data-logger" se haobtenido la historia de presiones durante lasdiferentes fases del estudio y se seguirá obte-niendo durante el tiempo que dure el ensayo.

3.4.1 Geología

El GTS está excavado en un macizo rocoso ma-yoritariamente granítico y granodiorítico, afectadopor varios episodios de fracturación [13]. Se pue-

36

3. Ensayo "in situ"

den destacar los siguientes rasgos geológicoscomo relevantes para el flujo regional (Figura 3.4):

ü Zonas de cizalla SI + S2, de azimut del bu-zamiento/buzamiento 140-150 / 80-90.

3 Zonas de cizalla K y diques de lamprófido,de azimut del buzamiento/buzamiento 205-220 / 80.

Las zonas de cizalla en esta área son de un espe-sor considerable (5 a 20 m). Se observa que rezu-man en su intersección con las paredes de los tú-neles, lo que indica su relevancia como zonas deflujo preferencial. Los diques de lamprófido tienentambién dimensiones considerables (alcanzan in-cluso varios metros de espesor), aunque su papelrespecto al flujo no es tan importante como el delas zonas de cizalla. La verdadera zona de flujopreferencial en los diques es la superficie de con-tacto entre el lamprófido y la roca encajante. Porlo tanto, no es sorprendente encontrar gran canti-dad de puntos que rezuman en sus interseccionescon las paredes de los túneles. En algunos de losdiques más potentes de lamprófido se han obser-vado fracturas menores paralelas a la direcciónprincipal. Estas fracturas aumentan la conductivi-dad hidráulica en la dirección de sus planos, perodificultan el flujo de agua en la dirección perpendi-cular a ellas. Por lo tanto la conductividad hidráuli-ca de los diques es anisótropa.

Las zonas de cizalla más relevantes y los diquesde lamprófido pueden cartografiarse en superficie.La Figura 3.5 muestra un corte geológico desde lasuperficie hasta la cota de los túneles. La galeríaFEBEX, que se encuentra en el extremo norte delGTS, está limitada por dos zonas principales de ci-zalla (Figuras 3.4 y 3.5).

3.4.2 Mapa geológico de la galería FEBEX

La Figura 3.6 muestra el mapa geológico de lagalería, donde los últimos 1 7 m corresponden a lazona de ensayo. Esta zona (entre los metros 53 y70) se caracteriza, a grandes rasgos, por una den-sidad de fracturación media-alta con presencia dediques de lamprófido y fracturas abiertas.

Hacia el metro 20, la galería corta a una seriede fracturas con el mismo azimut que las zonas decizalla. Se considera esta serie de fracturas comootra zona de cizalla (no cartografiada en superfi-cie), por ser altamente conductiva (con aforos delorden de 30 ml/min para el conjunto de las fractu-ras, que pueden considerarse altos para el GTS ycomparables con otras zonas de cizalla).

3.4.3 Estimación y medida del caudalde fluencia a la galería FEBEX

Las especificaciones del proyecto indicaban que lazona de ensayo se debía elegir de tal forma que elcaudal estuviera comprendido entre 5 y 15 ml/min.

3.4.3.1 Estimación del caudal antes de la excavacióndéla galería

Los sondeos FBX-1 y FBX-2 se perforaron duranteel verano de 1995, con el objeto de investigar elentorno previsto de situación de la galería para fi-jar su posición definitiva. En estos sondeos se hi-cieron ensayos hidráulicos. Los resultados de estosensayos se utilizaron para estimar los caudalesprevisibles de fluencia hacia la galería. El caudalestimado con los datos del sondeo FBX-2, en el in-tervalo 3 (entre 62 y 74 m), es el que mejor seajusta los requisitos del proyecto, por lo que se de-cidió el trazado de la galería FEBEX en la proximi-dad de este sondeo.

3.4.3.2 Medidas del caudal hacia la galeríaComo dato básico para el estudio hidrogeológi-

co, era necesario medir el caudal real hacia la ga-lería después de excavada. Pero era fundamentaltambién medir el caudal durante la obra, con elobjeto de conocer las condiciones reales y parar laexcavación cuando se hubiese alcanzado un tramo(zona de ensayo) con el caudal requerido.

Los métodos tradicionales de medición de cauda-les eran inadecuados para la fase de excavación.Por ello, se desarrolló un nuevo método de medidade la humedad de las paredes de la galería. El mé-todo consistía en colocar sobre la pared un materialabsorbente de peso conocido; este material absorbíaagua durante un cierto período de tiempo y se pesa-ba de nuevo. El caudal es la diferencia de pesos divi-dida por el tiempo de medida.

El método es rápido y se ha probado su fiabili-dad; además es relativamente barato. Pero tam-bién tiene desventajas: la dependencia de los re-sultados de las propiedades del material utilizado,del contenido inicial de humedad y de la duraciónde la medida, de la variabilidad debida a las con-diciones atmosféricas y de la fiabilidad de la extra-polación a los valores a largo plazo [9].

Teniendo en cuenta las varias incertidumbres inhe-rentes al método, el intervalo de variación de los va-lores de las diversas medidas efectuadas en los 1 7 m

37


'JI 'ir1

JutMUtalT

^ 2590 " J?* • > »

^30 _ _ _2_50m

- Cizalla K

— Cizalla SI+S2

Lamprófido (medido)

Lamprófido(extrapolación)

i ' Túneles y galerías

[ ^ ] Granodiorita Grimsel

Granito de Aare

Norte2400

Figura 3.4. Mapa geológico regional simplificado.

1800

1700

Túnel principal de acceso a KWO

Sur

Cizalla S Cizalla K .A , Lapo

GTS (abatido)

| Granito Aare (AGr)

:'.v.iv} Zona de transición (AGr-GrGr)

Y.iv.i] Granodiorita Grimsel (GrGr)

Figura 3.5. Corte geológico del úrea de Grimsel, en el que se muestran las estructuras geológicas principales y su posición relativacon los túneles KWO y 6JS.

38

3. Ensayo "¡n situ"

I I Granito de Aare

I' . I Diques de lamprófido

I „„.*:**' I Venas de cuarzo -inclusiones

cuarzofeldespáticas

Fracturas con rellenosde biotita, moscovita,clorita, epidota

Fracturas en échelon

Escalones

Venas rellenas porcuarzo-feldespato, hiotita,moscovita, clorita o calcita

0 1 2 3 4 5 m

Figuro 3.6. Mapa geológico de la galería FEBEX.

39


de la zona de ensayo de la galería, es pequeño, aefectos prácticos: 4,5 ml/min a 8,5 ml/min.

3.4.4 Análisis hi ogicoy

El modelo conceptual comprende una zona delmacizo de granito de Aare, limitado por dos siste-

mas de cizalla (pertenecientes ambos al denomina-do sistema de cizalla SI +S2).

Estas dos zonas se han tomado como contornos,debido a su alta transmisividad y suponiendo queamortiguan los efectos de todos los ensayos reali-zados entre ellas.

Con este mismo criterio se ha elegido el resto delos contornos (Figura 3.7).

50 m

Zona deensayos de

interferencia

Lamprófido

GaleríaFEBEX

_ _ i r t . _ _ Fractura 6BOUS 2 5 Intervalo completo de

i 1 tramo obturado (el 5)de sondeo (el BOUS-2)Punto de observación detramo obturado (el 1)de sondeo (el BOUS-2)

BOUS 2-1

Figura 3.7. Proyección en planta de las estructuras representadas en los modelos de flujo. Condiciones de contorno.

40

3. Ensayo "in situ"

Dentro del modelo conceptual se han incluidofundamentalmente las siguientes estructuras, reco-nocidas en los estudios:

• Lamprófido. Se trata de una estructura de es-cala regional, identificada en las cartografías,ensayos hidráulicos, geofísica, etc. Con laayuda de los ensayos, se ha observado quelos contactos con la roca encajante son pla-nos de mayor transmisividad, lo que le confie-re una marcada dirección de anisotropía.

ü Fractura 1 (fr-1). Identificada en los ensayoshidráulicos, está situada a pocos metros delfondo de la galería.

• Fractura 2 (fr-2). Como la anterior, se haidentificado en los ensayos hidráulicos, peroésta se ha identificado también en la carto-grafía de la galería: es la llamada fractura"en échelon".

• Fractura 3 (fr-3). Esta fractura, por los datosde que se dispone (ensayos hidráulicos, geo-física, cartografía), parece ser de gran esca-la, aunque no continua como se representaen el modelo).

Previamente, y utilizando este modelo concep-tual, se realizaron 5 modelos 3-D para calibrar los5 ensayos de interferencia realizados en sondeosperforados desde el interior de la galería. Estos mo-delos se han llamado "ensayos de interferencia".

Además de las estructuras reseñadas hay otras(fr-4, f r-6, fr-7 y fr-8), que son de carácter más lo-cal, y han sido identificadas fundamentalmente porensayos hidráulicos y con la ayuda de los testigosde los sondeos.

Tomando como base este modelo conceptual sehan calibrado cuatro modelos diferentes, que res-ponden a cuatro diferentes condiciones de flujo:

• Condiciones temporales: dos períodos dife-rentes del proyecto, antes y después de la ex-cavación de la galería FEBEX.

• Condiciones geométricas: heterogeneidadde los planos de cizalla utilizados como con-tornos. Esta heterogeneidad se manifiesta enunas zonas menos transmisivas en su partemás cercana a la galería FEBEX.

Los cuatro modelos se denominan:

ZH LAR-SIN: planos de cizalla homogéneos, singalería.

• COR-SIN: planos de cizalla heterogéneos,sin galería.

• LAR-CON: planos de cizalla homogéneos,con galería.

• C O R - C O N : planos de cizalla heterogéneos,con galería.

En los modelos de la fase posterior a la excava-ción de la galería se ha incluido una zona específi-ca de radio de 1 5 m en el entorno de la zona deensayo (últimos 1 7 m de la galería FEBEX). En esazona se han incluido directamente los resultadosde los modelos de los ensayos de interferencia, pormedio de los cuales se han podido identificar me-jor las estructuras, debido a la gran cantidad deinformación disponible en esta zona. El resto delmodelo se ha representado como un medio poro-so equivalente (matriz rocosa) con la superposiciónde las pocas fracturas identificadas (fracturas 6 y 8,Figura 3.7). La conductividad hidráulica de la ma-triz rocosa, en este caso, engloba también a la delresto de las fracturas existentes y no incluidas en elmodelo. En ambas zonas la matriz rocosa se hatratado como anisótropa.

3.4.4.1 DiscretizaciónEl modelo se ha discreteado utilizando:

• Prismas triangulares para los bloques rocosos.

• Tetraedros para adaptar los contornos de losbordes de los túneles.

• Triángulos en 2-D para representar planos(fracturas, fallas y zonas de cizalla).

• Elementos unidimensionales para representarlos sondeos.

Después de realizada una proyección en 2-D detoda la geometría a representar, se procede a ge-nerar la malla 3-D (Figura 3.8).

3.4.4.2 CalibraciónPara el proceso de calibración se han utilizado

como parámetros iniciales, e información previa,los obtenidos de los modelos de los ensayos de in-terferencia; para las estructuras que no aparecenen los ensayos de interferencia, se toman los resul-tados obtenidos en la interpretación de los ensayoshidráulicos en los que aparecen.

Los modelos se calibran suponiendo régimen es-tacionario. Se asigna una desviación estándar de 1para todos los niveles, excepto para los que se su-pone que no han alcanzado el estado estacionario.

Las líneas de igual nivel piezométrico, así comolas diferencias entre los niveles medidos y calcula-dos, se muestran en las Figuras 3.9 y 3.10 (paralos modelos anteriores a la excavación de la gale-ría) y en las Figuras 3.12 y 3.13 (para los modelosposteriores a su excavación). En las Figuras 3.1 1 y

41

FEBEX. Etapa preoperational. Informe de síntesis

Cura superior

N- \ ~'s*--*¥°&í*¿¿:^í-~:'d m ocslc

.'. ' Túnelj ' r principal

de acceso

1 Tara inferió'

Figura 3.8. Malla 3-0.

3.14 se muestran los niveles calculados en 3-D,para los modelos anteriores y posteriores a la ex-cavación de la galería, respectivamente.

3.4.5 Discusión y resultadosLos parámetros obtenidos con los modelos son

coherentes. El número de parámetros desconoci-dos es relativamente alto comparado con el de ni-veles medidos, lo que hubiera producido una esti-mación inestable del modelo si no hubiera sidopor la buena caracterización hidráulica previa.Realmente, los datos cuantitativos a escala regio-nal y a lo largo de la vertical son escasos, debidoa que la mayor parte de la información se encuen-tra próxima al plano horizontal que pasa por lagalería FEBEX.

La calidad de los modelos debe examinarse porcomparación a diferentes escalas (escala de la ga-lería y regional). Los niveles en el entorno de la ga-lería están bien reproducidos. Además, los paráme-tros hidráulicos, estimados bajo diferentes condicio-nes de flujo en los modelos a gran escala (LAR-SIN,COR-SIN, LAR-CON y COR-CON), están muypróximos entre ellos y a los derivados de los ensa-yos de interferencia. Los caudales calculados para

la galería FEBEX están dentro del intervalo de losmedidos, que no se utilizaron en la calibración.

La distribución de niveles piezométricos en el en-torno de la galería es de naturaleza radial, con he-terogeneidades locales debidas a las fracturas mástransmisivas. El gradiente piezométrico al final dela galería es muy grande: los flujos de entrada seconcentran al fondo y decrecen hacia la entrada.

Los planos de contacto lamprófido-roca encajan-te son zonas de flujo preferente, que puede obser-varse en sus intersecciones con la galería; las ob-servaciones directas evidencian una fuerte aniso-tropía en esta estructura geológica. Dicha aniso-tropía se ha tenido en cuenta en los modelos agran escala.

Dos cuestiones se plantean en los ejercicios deevaluación del comportamiento (PA): posibilidadde cambios en el valor de la conductividad hidráu-lica en un anillo alrededor de la galería y el efectode "barrera al flujo", que el frente de desaturaciónejerce en el entorno inmediato de la pared de lagalería. No estaba dentro del alcance del estudiola respuesta a estas cuestiones, pero se han obte-nido algunos resultados indirectos. En primer lu-gar, la repetición de ensayos en determinados in-tervalos después de la excavación de la galería, la

42

3. Ensayo "in situ"

COR-SIN

50 m

Fractura 6Intervalo completo detramo obturado de sondeo

+ Punto de observación detramo obturado de sondeo

Niveles en metros respecto del nivel del mar

Figura 3.9. Curvas de igual nivel piezométrico y residuos obtenidos con los modelos LAR-SIN (abajo) y COR-SIN (arriba) (visto en planta,a la cota de las galerías). Los residuos son la diferencia entre el nivel medido y el nivel calculado.

43


COR-SIN

LAR-SIN

i r 6 Fractura 6Intervalo completo de tramo obturado

+ Punto de observación de tramo obturado de sondeo(BOUS-2-4) Intervalo obturado 4 del sondeo BOUS-2

Niveles en metros respecto del nivel del mar50 m

Figuro 3.7 0. Curvas de iguol nivel piezométrico y residuos calculados paro los modelos ÍAR-SIN (abajo) y COR-SIN (arriba)(sección vertical que posa por el eje de la galería FEBEX).

44

3. Ensayo "in situ"

SECCIÓN VERTICAL

LAMPROFIDO

GALERÍA

!. .207134.206E4.204E4

: .202Í34.201B4.199134.197134.196E4.194E4.192134.191134.189134.187134.1ÍS6E4.184134

: .182E4i.181I34; .179E4'-.177E4t .176E4^.174E4í .172E4

SECCIÓN VERTICAL

LAMPROFIDO

GALERÍA

; .207E4''] .206E4''] .2O4B4

.202E4

.2O1E4

.199E4.197E4.196E4-194E4-192H4

, .19IE4! .189E4

-187E4: .186E4

.182B4Í.181E4;• .179E4Í.177E4"•'. .1761:4¿ .174E4Í .1721-4

Figuro 3.11. Niveles piezométricos calculados con el modelo COR-SIN (arriba); niveles calculados con el modelo IAR-SIN (abajo).

45


Cd«rloLAR-CON

COR-CON

_ *•*_ _ . Fractura 6Intervalo completo de tramo obturado

+ Punto de observación de tramo obturado de sondeo(Fn-2-4) Intervalo obturado 4 del sondeo FBX-2


Figura 3.12. Visto en planto de la piezometría calculada y residual con los modelos COR-COH (abajo) y IAR-Í0N (ambo).Los números entre poréntesis son medidas no estabilizadas.

46

3. Ensayo "in situ"

LAR-CON

/ /' - • /

1

\

1

1

/

/

1 f

1 Li- / 1

;.Y~

1 r1

/ s í/ / i /

COR-CON

_í2 Fractura 2Intervalo completo de tramo obturado

+ Punta de observación de tramo obturado de sondeo(FBX-Í-4) Intervalo obturado 4 del sondeo FBX-2


Figura 3.13. Sección vertical con la Diézmenlo calculada y residual, con los modelos COR-CON (abajo) y LAR<ON (arribo). Los númerosentre paréntesis son medidas no estabilizadas.

47


LAMPROFIDO-,

— SECCIÓN VERTICAL

\GALERÍA

' .207E4•': .2O6K4' .204E4

.2O2E4

.2U1E4

.1OTE4

.117154

.W6154

.194E4

.I92E4

.!'J1E4

.IS9E4J87E4.186E4• 184K4.1S2K4

! .1S1B4!- .179E4;!.177E4; .176E4í .174E4! .172E4

SECCIÓN VERTICAL

LAMPROFIDO

Figura 3.14. Niveles piezométricos calculados con el modelo IAK0H (arriba); niveles calculados con el modelo ÍOKOH (abajo).

3. Ensayo "in situ"

distribución de presiones y la interpretación de losensayos de interferencia apuntan a un decreci-miento de la conductividad hidráulica en el entor-no de la pared de la galería, aunque esta reduc-ción no es excesivamente grande (inferior a un or-den de magnitud). En segundo lugar, la ventilaciónde la galería produce respuestas inmediatas en losintervalos mejor conectados con ella. De estos da-tos se infiere que parece poco probable el com-portamiento del frente de desaturación como ba-rrera al f lujo, sino que, más bien, el efecto barrerapuede ser atribuido a efectos mecánicos.

Los parámetros de la formación rocosa, los ras-gos geológicos relevantes y los caudales hacia lagalería han sido estimados mediante diferentes mo-delos y a diferentes escalas. Estos parámetros loca-les reproducen muy bien los niveles piezométricos ylos caudales medidos en la galería; por lo que sepuede concluir que su caracterización es robusta.

3.4.6 Conclusiones

El régimen hidráulico en el entorno inmediato dela galería (<10 m) es claramente radial y en lassecciones más homogéneas puede considerarsecomo cuasi 2-D. Entre los 10 y 20 m (sondeos per-forados desde la galería), la distribución de los ni-veles piezométricos pierde parte de su "bidimensio-nalidad", incluso en los sondeos más homogé-neos. A distancias de 50 m de la galería, el régi-men de flujo se orienta según el régimen a escalalocal (montaña de Jülichtock y río Aar), donde lostúneles de Grimsel juegan un papel importante enel drenaje. Los gradientes hidráulicos vertical y ho-rizontal son muy altos, como corresponde a la na-turaleza montañosa del entorno y a la baja per-meabilidad del medio.

A 50 m de distancia de la galería, la presión hi-dráulica en un plano horizontal por su eje se pue-de considerar de 0,7 MPa.

El valor más frecuente de la conductividad hi-dráulica en los ensayos es 1 0 n m/s. Este valor sepuede considerar como la conductividad hidráuli-ca de la matriz de la roca.

Las heterogeneidades principales que cortan a lagalería en la zona de ensayo, situadas desde el ta-pón de hormigón (en el hastial izquierdo), son: unazona de fractura a 1 ó m, a 7 m el dique de lam-prófido y a 2,5 m la fractura "en échelon".

El caudal total calculado en toda la zona de en-sayo (17 m) varía de 5 ml/min (en el modeloCOR-CON) a 8,2 ml/min en el (LAR-CON). Estosvalores son similares a los caudales medidos. Estecaudal hacia la galería proviene de las heteroge-neidades más importantes y de la matriz de la roca(incluidas las microfracturas). La conductividad hi-dráulica equivalente, suponiendo un macizo roco-so homogéneo en el entorno de la galería, paragenerar esos caudales, puede estar comprendidaentre 5 x 10-" y 8 x 10-" m/s.

3.5 Caracterización hidrogeoquímica

Se ha realizado la caracterización de las aguasde algunos sondeos perforados desde el interior dela galería FEBEX o en su proximidad [10]. El mues-treo de las zonas hidráulicamente activas identifica-das en el estudio hidrogeológico previo fue realiza-do por CIEMAT en julio de 1996. Los sondeos se-leccionados fueron: SF14-31 (representativo de lasaguas en el área del dique de lamprófido), SF24-1, SB23-1, y SJ5-3 (representativos de las aguascercanas a la zona del calentador 2) y el sondeohorizontal BOUS-2-2 (representativo de las aguasde zona de fracturas). La situación de los sondeosse indica en las Figuras 3.2 y 3.30.

Los sondeos están perforados en granito Aare,poco alterado, y cortan algunos diques de lampró-fido, de cuarzo y de aplita. Las discontinuidadesentre el granito y el lamprófido son, en principio,las estructuras hidráulica y químicamente más sig-nificativas.

Durante el muestreo se tomaron las precaucio-nes necesarias para alterar lo menos posible lascondiciones naturales del agua: muestreo en cá-mara de guantes con atmósfera controlada de ni-trógeno (99,9999% pureza), bombeo de cadazona aislada con obturadores hasta que el volu-men de agua extraído fuese equivalente al menosa tres veces el volumen comprendido entre los ob-turadores, y medida de los parámetros fisico-quí-micos pH, Eh, conductividad eléctrica, oxígeno di-suelto y temperatura hasta su estabilidad.

Los resultados analíticos de las muestras se pre-sentan en la Tabla 3.1. Las aguas son diluidas conbajos contenidos en sales disueltas (< 100 (iS/cm) ycon pHs cercanos a 9. De acuerdo con los compo-nentes mayoritarios, la composición de las aguasson bicarbonatadas-fluoradas sódico-cálcicas.

El primer número forma porte de lo identificación del sondeo, y el segundo indica el intervalo entre obturadores del que se ha tomado la muestra.

49


Tabla 3.1Composición química de las aguas de sondeos perforados desde la galería FEBEX o en su proximidad

Fecha

Temperatura, en °C

pH-laboratorio

pH-"insitu"

CE "in situ", en n$/cm

CE laboratorio, en |xS/cm

CE calculada, en nS/cm

Eh, en mV

Alcalinidad en mg/1 C0CO3

HCOênppm

Total sólidos disueltos

log PCO2

KxlOênM

Balance de carga

F~, en ppm

CI", en ppm

NO^.enppm

NO 3, en ppm

NHj",enppm

PO<~,enppb

SOj~, en ppm

Br, en ppm

1", en ppm

S1O2, en ppm

Al, en ppm

As, en ppb

Ba, en ppb

Be, en ppb

Bi, en ppb

B, en ppm

50

SF24-1

11/07/96

14,3

8,6

9,1

76,3

71,3

69,3

15,3

19,7

24,0

61,4

-4,789

1,035

-3,545

3,87

0,36

<0,l

<o,i

<o,i

<10

7,37

0,021

<0,02

9,53

<0,05

0,62

0,95

<o,i

<0,l

<0,05

SF23-1

12/07/96

15,1

8,4

9,1

80,3

74,7

72,0

55,3

20,0

24,4

63,9

-4,781

1,08

-3,31

4,47

0,56

<0 , l

<o,i

<o,i

<10

7,30

0,056

<0,02

9,83

<0,05

0,42

0,90

<o,i

0,8

<0,05

BOUS-2-2

15/07/96

13,8

8,4

9,3

83,7

72,7

69,5

101,3

20,1

24,5

61,4

-5,006

1,04

-3,07

3,97

0,37

<o,i

<o,i

<o,i

<10

7,03

<0,01

<0,02

9,43

<0,05

0,42

0,82

<o,i

<o,i

<0,05

SJ5-3

16/07/96

17,4

8,2

9,4

82,7

75,7

73,3

84,0

19,8

24,1

63,3

-5,104

Ul-4,06

4,37

0,52

<0,l

<o,i

<o,i

<10

7,80

<0,01

<0,02

9,67

<0,05

0,30

lio

<o,i

<0,l

<0,05

SF14-3

18/07/96

17,6

7,3

8,9

194,3

86,3

79,5

418,0

19,5

23,5

65,3

-4,6045

1,105

0,29

4,23

3,93

<o,i

1

<o,i

<10

7,37

0,01

<0,02

9,10

<0,05

0,26

1,90

<o,i

0,32

<0,05


Tabla 3.1 (continuación)Composición química de las aguas de sondeos perforados desde la galería FEBEX o en su proximidad

Cd, en ppb

Ce, en ppb

Ca, en ppm

Co, en ppb

Cr, en ppb

Cu, en ppb

Hg, en ppb

La, en ppb

Fe2+, en ppb

Fe3+, en ppb

K, en ppm

Li, en ppb

% en ppb

Mn, en ppm

Mo, en ppb

Na, en ppm

Ni, en ppb

Pb, en ppb

Rb, en ppb

Sb, en ppb

Se, en ppb

Sn, en ppb

Sr, en ppm

Th, en ppb

Ti, en ppb

Zn, en ppb

TOC, en mgC/l

V, en ppb

U, en ppb

Y, en ppb

SF24-1

0,50

<o,i7,17

0,29

0,45

1,7

<0,2

<0,l

<50

<50

0,21

3,6

23,3

<0,03

52,0

8,4

1,7

<0,l

2,3

0,5

<1

0,6

0,21

<0,l

0,5

20,0

0,6

0,16

<o,i

<o,i

SF23-1

0,53

<o,i7,43

0,13

0,31

0,7

<0,2

<o,i<50

<50

0,40

3,9

35,7

<0,03

50,0

8,9

10

<o,i2,3

19<1

0,89

0,23

<o,i0,7

4,6

0,67

0,26

<0,l

0,16

BOUS-2-2

0,61

<o,i6,73

0,10

0,12

1,5

<0,2

<0,l

<50

<50

0,26

4,5

38,0

<0,03

49,0

9,0

0,8

<o,i1,8

0,3

<1

0,12

0,2

<o,i0,64

9,7

<0,5

0,39

2,30

0,22

SJ5-3

1,00

<o,i7,40

0,17

0,38

0,4

<0,2

<o,i<50

<50

0,33

4,0

36,0

<0,03

51,0

8,8

1,0

<o,i2,1

0,6

<1

0,2

0,22

<o,i0,86

7,0

UO0,2

0,53

0,18

SF14-3

0,45

<o,i7,13

<o,i0,29

1,5

<0,2

<o,i<50

<50

2,90

4,0

77,3

<0,03

53,0

8,9

8,0

<o,i4,6

0,6

<1

0,44

0,24

<o,i0,81

37,0

5,43

0,17

<o,i

o,n

51


3.6 Otros datos de caracterización de la roca

3.6.1 Deformabilidad y resistenciaDurante la etapa preoperacional se han realiza-

do, en el laboratorio de la UPC-DIT, ensayos decompresión simple sobre muestras tomadas de lossondeos perforados desde la galería FEBEX. Los re-sultados se muestran en la Tabla 3.2.

3.6.2 Curva de retenciónTambién en el laboratorio de la UPC-DIT, se han

determinado las curvas de retención de tres mues-tras de granito y otras dos de lamprófido, extraídasen los sondeos perforados desde la galería FEBEX.Para ambos materiales pueden deducirse valoresde entrada de aire comprendidos entre 0,5 y 5,0MPa. Las curvas de retención obtenidas se mues-tran en la Figura 3.1 5.

La porosidad accesible al agua, deducida de lahumedad en condiciones de saturación, es del or-den del 0,4% para el lamprófido y del 0,8% parael granito.

3.7 Bloques para la barrera de arcilla

En este apartado se incluye un resumen de losaspectos más importantes del proceso de diseño,fabricación, control de calidad, embalaje, manipu-lación, transporte y almacenaje de los bloques debentonita compactada para construcción de la ba-rrera de arcilla.

Los bloques se fabricaron con la bentonita FE-BEX, cuyas propiedades se han descrito en el Capí-tulo 2. En el Apartado 3.10.2. se describe la cons-trucción de la barrera.

En el Documento 70-IMA-M-3-3, Bentonita (Ori-gen, Propiedades y Fabricación de Bloques)[6], sedescribe en detalle todo el proceso.

3.7.1 Diseño

En la Figura 3.16 se muestra la geometría de labarrera en zonas con calentador y sin calentador.Las tres coronas exteriores de bloques son igualesen ambas zonas. En las zonas con calentador, lacorona interior está en contacto con el tubo guía,mientras que en las zonas sin calentador está encontacto con un núcleo de bloques.

Esta geometría de la barrera se consigue con 5tipos de bloques: BB-G-01, BB-G-02, BB-G-03,BB-G-04 y BB-G-05. En la Figura 3.1 7 y en la Ta-bla 3.3 se muestran las formas y dimensiones delos distintos bloques.

La densidad seca especificada en el diseño delos bloques fue de 1,70 g/cm3. Esta densidad sedeterminó teniendo en cuenta el volumen probablede huecos de construcción para conseguir una ba-rrera de densidad seca media de 1,60 g/cm3. Parala densidad seca de 1,60 g/cm3, la presión de hin-chamiento es del orden de 5 MPa, que es la pro-puesta en el concepto de referencia AGP. El conte-nido de humedad de los bloques sería el especifi-cado para la bentonita a granel, del 12,5 al15,5% (Capítulo 2).

3.7.2 FabricaciónPara la fabricación de los bloques BB-G-01, BB-

G-02, BB-G-03 y BB-G-04 fue necesario diseñar yfabricar los moldes adecuados. El bloque BB-G-05se obtuvo del BB-G-04 mediante mecanizado consierra de la cara curva. Los bloques se fabricaronen la planta de REFRACTA, S.A., en Quart de Po-blet (Valencia), mediante compactación en unaprensa hidráulica uniaxial, a una presión de 40 a45 MPa. A la fabricación se le aplicó el programade garantía de calidad, en el que se controlaba: elaspecto externo, las dimensiones, la humedad y ladensidad seca.

En la Tabla 3.4 se indican las características me-dias y el número de bloques fabricados de cada tipo.

Teniendo en cuenta la proporción de bloques decada tipo, los valores medios del contenido de hu-medad y de la densidad seca son 14,4% y 1,69g/cm3, respectivamente. Se fabricaron 7 568 blo-ques, con un peso total de 1 65 076 kg.

3.7.3 Embalaje, manipulación, transportey almacenaje

Se comprobó, mediante ensayos de laboratorio ya escala real en los túneles del GTS en Grimsel,que los bloques se deterioran bastante rápidamen-te si se exponen a ambientes de alta humedad re-lativa. Por esta razón los bloques se embalaron encajas debidamente protegidas por láminas deplástico. Aunque los bloques tienen alta resistenciaa compresión simple (del orden de 25 kg/cm2),para evitar ser dañados por impacto durante su

52

3. Ensayo "in situ"

Tabla 3.2Resultados de los ensayos de compresión simple sobre la roca de Grimsel, realizados durante la etapa preoperacional

Identificación

Granito(sondeo SF22)

Granito(sondeo SF22)

Lamprófido(sondeo SF22)

Lamprófido(sondeo SF13)

Tipo

BB-G-01

BB-G-O2

BB-G-03

BB-G-04

BB-G-05

amm

470,0

473,0

478,0

483,0

483,0

Distai

+2,0

-5,0

+2,0

•5,0

+2,0

-5,0

+2,0

-5,0

+2.0

-5,0

ncia a la pared dem

0,17 a 0,27

0,85 a 0,95

12,16 a 12,26

0,70 o 0,80

la galería Módulo de YoungGPa

61,6

50,8

49,8

35,7

Tabla 3.3Dimensiones constructivas de los bloques

bmm

+ 2,0

3610 ,,0+2,0

330,0 .30

+2,0

240,0 ,,0+2,0

240,0 .,_0

cmm

214,0

214,0

214,0

240,0

240,0

+2,0

-3,0

+2,0

-3,0

+2,0

-3,0

+2,0

•3,0

+2,0

-3,0

Espesormm

+2 0

125,0 ,,0+2,0

125,0 , 0

+2,0

125,0 , 0

+2,0

125,0 .y,+2,0

125,0 ,,0

Eso

Rmm

1133

917

701

485

—

Resistencia a compresión simpleMPa

193,5

110,0

142,0

85,4

rmm

919

703

487

—

—

a

24°

30°

40°

60°

60°

Tabla 3.4Valores medios de las propiedades físicas y número de bloques fabricados

Tipo de bloque

BB-G-01 BB-G-02 BB-G-03 BB-G-04 BB-G-05

Peso por bloque (kg)

Humedad media (%)

Densidad seca media (g/cm3)

Unidades fabricadas

Peso total (kg)

22,1 21,8

14,49 14,07

1,69 1,69

2 898 2 310

64046 50 358

21,3 23,1

14,87

169

1614

34 378

13,69

1,70

562

12 982

18,0

13,07

1,70

184

3312

53


10

- o

0,01

0,001

0,0001

L,I] til

• dic

D

D [1—1 \

D I

D

DC

A

D AZ

H

¿

]

D

n—

r\\ A

A-A-A- -r&

D Lamprófido

A Granito

0,1 0,2

Humedad (%)

0,3 0,4

Figura 3.15. Curvas de retención del granito y del lamprófido en las cercanías de la galería FEBFX.

Bloque tipoBB-G-01

Bloque tipoBB-G-02

Bloque tipoBB-G-01

Bloque tipoBB-G-02

Bloque tipoBB-G-03

Bloque tipoBB-G-04

Bloque tipoBB-G-05

Zona con calentador Zona sin calentador

(Dimensiones tn metros)

Figura 3.16. Geometrío de lo barrera.

54

3. Ensayo "in situ"

Bloques BB-G-01,BB-G-02 yBB-G-03

Bloque BB-G-04 Bloque BB-G-05

Figura 3.17. Formas y dimensiones de los bloques.

manipulación y transporte, se empaquetaron den-tro de las cajas entre material plástico acolchado.

Los bloques, debidamente empaquetados, se al-macenaron fuera del GTS, en una nave en que secontrolaba la temperatura y la humedad. Durantela construcción de la barrera, la galería FEBEX sesecaba, calentaba y ventilaba para conseguir unahumedad relativa baja; y el trabajo se programópara que el tiempo de exposición en la zona detrabajo de la boca de la galería, donde la hume-dad relativa era alta, fuese compatible con la esta-bilidad de los bloques.

Todas estas precauciones demostraron ser efica-ces, hasta el punto que no se observó bloque algu-no deteriorado por las causas indicadas.

3.8 Sistema de calentamiento

3.8.1 Calentadores

3.8.1.1 Características generales

El ensayo utiliza dos calentadores eléctricos in-sertados dentro de un tubo guía. Los calentadores

tratan de reproducir las características mecánicasde la cápsula de referencia en el concepto ÁGP yde simular sus efectos térmicos.

Por el lo, las dimensiones externas del calentadorson idénticas a las de la cápsula prevista en elAGP (un ci l indro de 4 ,54 m de largo por 0 ,90 mde diámetro) y el peso es también del mismo orden(11 t). Tanto el material como la forma constructi-va de la carcasa exterior de los calentadores es si-milar a la prevista para la cápsula: chapa de aceroal carbono de 100 mm de espesor.

En el aspecto térmico, el objetivo del ensayo essometer a la bentonita, en su punto de contactocon el tubo guía, a una temperatura máxima yconstante de 100 °C, que es el valor máximo pre-visto en el concepto de referencia. Sin embargo ,para alcanzar este valor en un per iodo de t iempocompat ib le con la duración del ensayo y mante-nerlo en una galería aislada, es necesario aumen-tar la potencia de los calentadores sobre el valorprevisto en el concepto AGP como potencia térmi-ca residual máxima de las cápsulas, que es de1200 W [5]. Tras diversos análisis y ejercicios demodelación realizados durante la fase de diseñodel experimento [1] , se f i jó la potencia nominal de

55


los calentadores en 4 3 0 0 W por unidad. Esta po-tencia sería, con un cierto margen de segur idad, lamáxima necesaria en el caso más desfavorable deestar la barrera de arcilla totalmente saturada.

3.8.1.2 Características mecánicas

La Figura 3.18 proporciona una visión generaldel diseño definitivo de un calentador. La carcasaexterior está compuesta por un tubo de 100 mmde espesor de pared, realizado mediante forja, ydos tapas soldadas de chapa de 150 mm de espe-sor. La carcasa es de acero al carbono sin recubri-miento ni tratamiento alguno, excepto el chorrea-do de su superficie exterior.

Dentro de la carcasa, las resistencias de calefac-ción están bobinadas sobre un tubo o carrete me-tálico de 660,4 mm de diámetro y 1 2,7 mm de es-pesor. El conjunto carrete y resistencias está recu-bierto con una chapa de cobre de 3 mm de espe-sor. Este recubrimiento sirve para homogeneizarlas temperaturas a lo largo del calentador y paraprotección mecánica de las resistencias durante lasoperaciones de montaje del calentador.

El espesor y forma de las tapas están condiciona-dos por la conveniencia para el montaje de loselementos internos del calentador y no se corres-ponden con el concepto de referencia. La tapafrontal tiene un total de 24 perforaciones para elpaso de cables (6 para las resistencias de calefac-ción y 18 para los termopares de control) y llevaatornillada exteriormente una caja cilindrica parala protección mecánica de las salidas de dichoscables. En su cara exterior se practicaron dosmuescas a 36° para permitir el acoplamiento conel empujador del sistema de inserción. La otra tapaes ciega y tiene su arista exterior achaflanada parafacilitar la inserción en el tubo guía.

La carcasa exterior es estanca. El sellado de lospasos de cables está realizado con ¡untas tóricasde Viton y relleno con resina Epoxy, como se indicaen la Figura 3.19.

3.8.1.3 Características eléctricas

Para incrementar la fiabilidad el sistema es re-dundante, cada calentador tiene tres elementoscalefactores independientes, siendo cada elementocapaz de suministrar por sí solo la potencia nomi-nal requerida de 4300 W. Los elementos son detipo resistencia blindada y sus características princi-pales se resumen en la Tabla 3.5.

Cada elemento calefactor va arrollado en hélicesobre el carrete interno del calentador, con un to-tal de 25 vueltas por elemento, y con una separa-ción entre espiras de un mismo elemento de 1 65mm.

Sobre el carrete interno del calentador se hanmontado 1 8 termopares para medir la temperatu-ra superficial de los elementos calefactores, ya queesa temperatura es clave en cuanto a la esperanzade vida de dichos elementos.

Por razones de fiabilidad, se ha evitado todo tipode conexiones eléctricas en el interior del calenta-dor, por lo que los terminales fríos de los elemen-tos calefactores son suficientemente largos comopara salir del cuerpo del calentador y llegar hastala zona de servicio, del otro lado del tapón de hor-migón, sin necesidad de efectuar conexión eléctri-ca alguna en dicho trazado. Estos terminales, ¡untocon los cables blindados de los termopares, se in-troducen, a la salida del calentador, en un tubo deTeflon corrugado continuo y sin empalmes hasta lazona de servicio. Este tubo protege al conjunto decables frente a acciones mecánicas y corrosivas. Alser corrugado y de Teflon tiene la flexibilidad nece-saria para permitir cierta magnitud de movimientosdel calentador, que pudieran llegar a producirsepor asentamientos o hinchamientos diferencialesde la bentonita.

3.8.2 Tubo guía

El ensayo "in situ" reproduce fielmente el con-cepto de referencia AGP, que considera la existen-cia de un tubo guía continuo, común a todas lascápsulas almacenadas en una misma galería. Estetubo guía consiste en un tubo de acero perforado,de 15 mm de espesor, y es el receptáculo de al-macenamiento en el que se inserta la cápsula.Dado que el concepto AGP no considera en su di-seño actual la posibilidad de recuperación de lascápsulas, la función del tubo guía termina por tan-to una vez introducido el calentador, por lo que noimporta que se deforme posteriormente por la pre-sión de hinchamiento de la bentonita.

El tubo guía necesario para el ensayo tiene 10 mde longitud, que corresponde a la longitud de losdos calentadores más 1 m de separación entreambos. Para ello se han construido 11 segmentosde 1,0 m cada uno, que se acoplan entre sí me-diante un encaje macho/hembra cónico de 100mm de longitud, mecanizado en sus extremos (Fi-gura 3.20). El material utilizado en su construcción

56


4540

7* A' Sección longitudinal

Coneiioneseléctricas

Tapo frontal

Soldadura

Sección A-A'

(Dimensiones m mUmUns)

figura 3.18. Aspecto constructivo de los calentadores.

Cara externa

Encapsulodocon resina

Epoxi

Vaina 0 6,4

Terminal resistenciaAISI316LTipo"C"

Cara interna

Terminal termoporAISI316LTipoT

figura 3.19. Sistema de sellado de los pasos de cables.

57


Tabla 3.5Características de los elementos calefactores

Conductoractivo

Terminalesfríos

Material del núcleo conductor

Longitud

Tensión de alimentación

Potencia nominal

Aislamiento

Material de lo cubierta

Diámetro exterior

Sección conductora

Material de lo cubierta

Diámetro exterior

Ni-Cr 80/20

52 ± 3% m

400 VCA

4 300±10%W

MgO

Inconel 600

4,6 mm

6 mm2

AISI 304 L

6,4 mm

es chapa de acero aleado convencional para cal-deras y recipientes a presión.

El diámetro interior del tubo guía es de 940 mm,lo que deja un juego con el diámetro externo delcalentador de 40 mm, valor que se considerócompatible, a efectos de la correcta inserción delos calentadores, con los errores de alineamientoque pueden esperarse en una operación de mon-taje de este tipo.

3.8.3 Sistema de regulación de potencia

3.8.3.1 Equipos de regulación

La potencia de cada uno de los elementos cale-factores se controla mediante un variador estáticomonofásico a base de tiristores, que regula la ten-sión eficaz aplicada al elemento mediante ajustedel ángulo de fase de la onda.

Cada calentador lleva asociado un armario deregulación de potencia cuyo esquema básico serepresenta en la Figura 3.21, y que consta de trescanales de regulación independientes, uno paracada elemento calefactor. Para mayor seguridad,cada uno de estos canales está segregado galváni-camente de la red principal.

58

Cada regulador de potencia está gobernado porun controlador de tipo PID, que recibe el valor deconsigna desde el sistema general de control delensayo. Este sistema permite un control a potenciaconstante, o a temperatura constante, según inte-rese en cada momento.

3.8.3.2 Procedimientos de control

A efectos de control, el ensayo consta de dos fa-ses bien diferenciadas en cuanto a la regulaciónde potencia de los calentadores:

1) Calentamiento inicial

En esta fase el objetivo es alcanzar la tempe-ratura de régimen (100 °C) en un plazo de al-gunas semanas, compatible con la duracióntotal del ensayo. Con objeto de simplificar lostrabajos de modelación y también para per-mitir la identificación de la respuesta térmicadel sistema en su conjunto, este calentamien-to inicial se hizo a potencia constante, en va-rios escalones.

2) Régimen permanente

Una vez alcanzada la temperatura de 100 °Cen algún punto del contacto tubo guía-bento-nita, el objetivo es mantener dicha temperatu-ra constante, con las menores fluctuacionesposibles, lo que implica una regulación conti-

3. Ensayo "in situ"

1000

Sección M-M'

(Dimensiones en milímetros)

Figuro 3.20. Jubo guía.

4O0/23OV50 Hz

230VAinlKot

400/380V 6KVA

Consigno!

Unidod de regulación

de potencia

F3A [ i

FIA16A

^TIA

JKU

F3B J []

CM

frolKPID

F1B16A

I K1A

••{ai F2B

F3C

NA

PR-B

F1C16A

C ^ K1A

{a. F2C

PR-C

rz jT l F4C

Calentador

3x4300W

Figuro 3.21. Esquema básico áe ¡os equipos áe regulador) áe potencio.

59


nua de la potencia en la dirección que de-mande el sistema. Para ello se apl ica un a lgo-ritmo de t ipo PID, ajustado de acuerdo con laidentif icación empírica de la respuesta térmicadel sistema.En pr incipio, y dado el sobredi-mensionamiento y redundancia de los calen-tadores, se utiliza sólo un elemento calefactoren cada calentador para dar la potencia tér-mica requerida, de forma que los otros dos semantienen en reserva, y sólo entrarían en fun-cionamiento en caso de fal lo del pr imero.

3.8.4 Garantía y control de calidad

El diseño básico de los calentadores fue realiza-do por AITEMIN. La ingeniería de detalle de loscomponentes mecánicos y su construcción fue rea-lizada por la firma EQUIPOS NUCLEARES, S.A. ensu planta de Maliaño (Santander), bajo un estrictoprograma de garantía y control de calidad.

Adicionalmente, el calentador fue sometido auna prueba de helio después de realizada la sol-dadura de la tapa frontal. La prueba tenía por ob-jeto comprobar la soldadura de la tapa frontal y laestanqueidad de los pasos de cables. El gas sedejó en el interior del calentador para mejorar laconductividad térmica de la atmósfera interna ytambién como protección contra la corrosión.

Todos los componentes del sistema de regula-ción de potencia fueron también sometidos a unprograma de garantía y control de la calidad.

3.9 Instrumentación y control

3.9.1 Sensores

3.9.1.1 Tipos y ubicación

Se han instalado 632 sensores. Las variables me-didas, así como el tipo de sensor utilizado y su ubi-cación por zonas se indican en la Tabla 3.6.

Los sensores de la barrera de arcilla se han agru-pado en una serie de secciones transversales, quese indican en la Figura 3.22: secciones A, B l , B2,C, D I , D2, E l , E2, F l , F2, G, H, I, K, L, M l , M2,y N. Las secciones con idéntica letra tienen confi-guraciones parecidas de sensores.

Para la colocación de la instrumentación enroca, y particularmente para la instrumentación hi-drogeológica y mecánica, se utilizaron los sondeos

BOUS-1, BOUS-2, FBX-1 y FBX-2, así como los 19sondeos perforados desde el interior de la galeríacon este objetivo (Apartado 3.10.1.2., Sondeos).Otros sensores también instalados en la roca, peroen zonas más próximas a la pared de la galería(hasta 2,5 m), tales como los psicrómetros y lassondas TDR, se montaron desde la galería en per-foraciones de menor diámetro.

Dos ejemplos de la ubicación de sensores en labarrera de arcilla y en la roca circundante semuestran en las Figuras 3.23 y 3.24, respectiva-mente. Cada sensor está identificado por un códi-go del tipo:

AA-BBn-CC

Donde:

M : Código del tipo de sensor, conforme a lasclaves de la Tabla 3.7

BB: Designación del tipo de situación (sondeo,sección instrumentada, etc)

n: Número de orden de la sección o sondeo(cuando procede)

CC: Número de orden dentro de la sección osondeo correspondiente

La ubicación final de todos los sensores estáidentificada por sus coordenadas, que están referi-das al sistema de referencia local XYZ indicado enla Figura 3.22.

3.9.1.2 Características

Los sensores, los cables y las conexiones entreellos, han sido seleccionados conforme a las con-diciones de trabajo esperadas en cada zona. Elpeor caso corresponde a los sensores montadosen la barrera de bentonita, donde puede habertemperaturas de hasta 100 °C, presiones de hasta5 MPa, y un ambiente altamente corrosivo (más de6 000 ppm de Cl' en algunos puntos).

Por el mismo motivo se ha evitado la inclusiónde elementos que contengan electrónica activa enla zona de ensayo (amplificadores, acondicionado-res de señal, etc.). Esto se ha conseguido utilizan-do cables suficientemente largos para que la elec-trónica asociada al sensor pudiera ser instalada enla zona de servicio.

El conjunto de estas condiciones, así como lavida requerida para los instrumentos (3-4 años),no sólo ha reducido las opciones de sensores dis-ponibles en el mercado, sino que, en algunos ca-sos, ha obligado a diseños especiales o a desarro-llar elementos y métodos de protección específicos.

60

3. Ensayo "in situ"

Tabla 3.6Sensores instalados

Variable(o instrumento)

Temperatura

Presión total en sondeos en roca (3D)

Presión total sobre superficie de roca

Presión total sobre calentadores

Presión hidráulica en sondeos en roca

Presión de obturadores en sondeos

Presión intersticial en bentonita

Humedad

Humedad

Humedad

Extensómetros en roca

Desplazamientos de calentadores

Expansión de bloques de bentonita

Desplazamientos de la barrera de bentonita

Indinómetros

Fisurómetro

Presión de gas en la barrera de bentonita

Caudal de gas

Presión atmosférica

Velocidad del aire de ventilación

Intensidad resistencias

Tensión resistencias

TOTALES

Tipo de sensor -

Termopares

Hilo vibrante

Hilo vibrante

Hilo vibrante

Piezoresistivos

Piezoresistivos

Hilo vibrante

Capacitivos

Psicrómetros

TDR

Hilo vibrante

Hilo vibrante

Hilo vibrante

Potenciómetros

LVDT

LVDT

Magnéticos

Medida manual

Piezoresistivo

Hilo caliente

Convertidor eléctrico

Convertidor eléctrico

(*) G: granito; B: bentonita; C: calentadores; S: zona de servicio.

G

62

4

30

62

62

28

4

2x3

1x3

261

Zona 0

B C

91 36

6

52

58

48

20

9

8

2x3

6x2

4

6

320 36

S

1

1

1

6

6

15

- Total

189

4

30

6

62

62

52

59

76

24

6

9

8

6

12

3

4

6

1

1

6

6

632

61

B2D2 F2 I G MI El DI

E2 M2 H N Fl LB1 A K

Secciones instrumentadas

0 1 2 3 m Hormigón

Bentonita

M Lamprófido

l ] Granito

Figura 3.22. Disposición de las secciones instrumentadas.

3. Ensayo "in situ"

T-SFl-04T-SF1-02

SB-SF1-01

A: Probetas de corrosiónB: Tubos paro captación de gases

Figura 3.23. Posición final de sensores en la Sección Fl.

63


Sondeo SF21Q-BF21-01

Q-BF21-03

T-BF21-03

PP-BF21-03

T-BF21-04

T-BF22-04

PP-BF22-03

T-BF22-03

Q-BF22-03

PP-BF24-02

T-BF24-02

PP-BF24-01

T-BF24-01

Q-BF24-01

Sondeo SF22

PP-BF22-01

T-BF22-01

Q-BF22-01

Sondeo SF23

figura 3.24. Posición de sensores en los sondeos SF21, SF22, SF23 y SF24.

64

3. Ensayo "in situ"

Tabla 3.7Código de identificación de sensores

T

P

Q

SH

SB

S

3S

PP

IT

GP

GF

WC

WP

WT

AP

A

V

C

Í2

Temperatura

Presión total

Presión intersticial

Desplazamiento de calentadores

Desplazamiento de bloque de bentonita

Desplazamiento (general)

Fisurómetro

Presión de obturador hidráulico en sondeos

Inclinómerro

Presión de gas

Caudal de gas

Contenido de humedad (tipo capacitivo)

Contenido de humedad (tipo psicrométrico)

Contenido de humedad (tipo TDR)

Presión atmosférica (en zona de servicio)

Anemómetro

Medidor de tensión eléctrica

Medidor de corriente eléctrica

Medidor de aislamiento galvánico

3.9.2 Instrumentación para la medida de gases

En la zona de ensayo pueden generarse gases porefectos de corrosión y por la presencia de microor-ganismos en la bentonita. Se medirán las presionesdel gas generado, la permeabilidad de la barrera algas y se tomarán muestras para su estudio.

La instalación, hecha en colaboración con GRS,consiste en una serie de tubos cerámicos porososconectados, por medio de conductos de plástico,con los equipos de medida y muestreo situados enla zona de servicio de la galería. Se han montado4 tubos de 200 mm de longitud y 60 mm de diá-

metro exterior en diversos puntos del contacto gra-nito-bentonita. Otros 6 tubos, del mismo diámetropero de 3 m de longitud, se han montado en elcontacto granito -bentonita (3 unidades), en la su-perficie del tubo guía (1 unidad), y 2 unidades entaladros perforados en una zona intermedia de labarrera (Figura 3.23).

3.9.3 Probetas para el estudio de la corrosión

Con objeto de analizar el comportamiento frentea la corrosión, en condiciones próximas a las rea-les, se han introducido en la barrera de arcilla pro-

65


betas con distintos materiales metálicos. Las probe-tas son de diversos tipos de acero (tanto al carbo-no como inoxidables), t i tanio, y cobre, así comosoldaduras de los mismos. Las probetas fueron co-locadas en puntos de la bentonita situados muypróximos a los calentadores, que es la posiciónque correspondería a dichos materiales en un re-positorio real (Figura 3.23) .

3.9.4 Trazadores químicosPara obtener información sobre los procesos

geoquímicos y mecanismos de transporte, se haninstalado trazadores químicos, conservativos y noconservativos, puntualmente en el interior y distri-buidos uniformemente en la periferia de la barrerade bentonita (Tabla 3.12).

Durante el desmantelamiento se tomarán mues-tras para analizar su distribución y estudiar la inte-racción agua-trazador-arcilla.

3.9.5 Monitorización y control

3.9.5.1 Objetivos y estructura

La monitorización y el control del ensayo "in-situ"tiene como objetivos principales:

- I Adquisición, conversión, visualización y alma-cenamiento, en tiempo real, de todos los datosgenerados por la instrumentación instalada.

U Control de la potencia de los calentadoresconforme a la estrategia requerida en cadamomento.

- I Funcionamiento automático del ensayo, sinnecesidad de personal en el GTS.

-1 Supervisión remota del ensayo desde las ofi-cinas de AITEMIN en Madrid.

-1 Generación de una base maestra de datosdel ensayo.

1-1 Tratamiento y posprocesado de los datos,para la elaboración de los informes que setransfieren a los distintos grupos que partici-pan en el proyecto.

La monitorización y el control están formadospor dos sistemas: uno situado en la propia galeríaFEBEX del GTS, denominado "sistema local"; y otrosituado en Madrid, en el llamado RMC (Remote Mo-nitoring Center), que se denomina "sistema remoto".Ambos sistemas están comunicados vía módem.

El "sistema local" comprende todos los compo-nentes eléctricos y/o electrónicos, y los programas

de ordenador necesarios, para la adquisición dedatos, supervisión, y control del ensayo, de unaforma autónoma. El "sistema remoto" está consti-tuido por todos los equipos informáticos y los pro-gramas de ordenador necesarios para la supervi-sión y control a distancia del ensayo, así comopara el análisis, presentación, y almacenamientode los datos obtenidos. El sistema remoto actúacomo "maestro" del conjunto, proporcionando lasreglas de control y las órdenes necesarias al siste-ma local.

3.9.5.2 Sistema local

La estructura del sistema de monitorización ycontrol local se muestra en la Figura 3.25, y secompone básicamente de los siguientes elementos:

—I Protecciones contra sobretensiones.

—) Sistema de alimentación de emergencia (SAI).

—I Sistemas específicos de acondicionamientode señal.

U Sistema principal de adquisición de datos ycontrol (SAC).

LI Ordenadores de supervisión y control (PCI yPC2).

l-l Unidades de regulación de potencia de loscalentadores.

- I Sistema de comunicaciones.

Dado lo remoto de la situación del ensayo y ladificultad de acceso al GTS en algunas épocas delaño, el sistema se ha diseñado para funcionar enmodo automático, sin necesidad de personal a ni-vel local, y con un alto grado de fiabilidad debidoa la redundancia: se han duplicado los compo-nentes más críticos.

El sistema está gobernado por los dos ordenado-res principales, de tipo PC industrial, que trabajansegún un esquema maestro / esclavo, con conmu-tación automática en caso de fallo del maestro. Enellos corre una aplicación de tipo SCADA (Soft-ware para Control de supervisión y Adquisición deDAtos), que se ha configurado para realizar lasfunciones requeridas de presentación y archivo dedatos y de control de potencia de los calentadores.Las Figuras 3.26 y 3.27 muestran dos ejemplos deltipo de pantallas de visualización de datos queproporciona este sistema. A efectos de archivo,cada ordenador guarda en una base de datos pro-pia un registro de todas las lecturas de los senso-res, a razón de un dato cada media hora.

66

3. Ensayo "in situ"

3.9.5.3 Sistema remoto

El sistema de monitorización y control remotoestá situado en las oficinas principales de AITEMINen Madrid. Tiene la función de realizar la supervi-sión remota del ensayo, su control, y el registro y

procesamiento de los datos proporcionados por elsistema local. Su estructura general se muestra enla Figura 3.28.

En el sistema remoto se construye la base de da-tos maestra del sistema sobre MS-ACCESS. Paraello se transfieren periódicamente los datos alma-

Instrumentación

Proteccióncontra

sobretensiones

EMAs

Calentadores

~r

Zona deservicio

CR7Sensores de

humedadcapacitivos

Termopares

PCI

Cableado• Señal

Alimentación

Otros:- corriente- tensión• aislamiento- ambiente

Sistemas deacondiciona-

miento deseñal

Regulaciónde potencia

1

• * Entrada de señal-*• Alimentación

Señal de salida-*• Vía serie"*• Señal de control

PC2

Centralitatelefónica

Modern (2)Red

Úneosexteriores

Figuro 3.25. Estructura del sistema local de monitorízoción y control.

67


G E N E R A L L A Y O U T FEBEX

r15.1°C r 15.7 "C i 19°C 550°C 556°C 388°C f 49.7 °C 31.0"C 18.2"C

49 2°C

,6 0°C | 85 6°C-

I 98 c C "

_SÍLI_ K _

El

1 SIGHALSJ

SECTIONSHUrolestlA

F1

M?

B1

MI

F2 |

_£_N

11}

DI |G |02 |

_¿JL ¡H |

BZ |

TSE1-G2 TSn-OiS T"& 11 s

r&4.9'C ["95.3 "C 79 9°C ,T M"1 T F ^ (

/ 572"C 977°C>TED! .1 TGB2CS85,5 °C 18,3 °C |

^Lî.-^^--^JM-.'LÍÍSÍÍ, T" - - j 18.5 C-

\ l 810°Cr-j^fiV*-

;ei^)i ( TSF1.O1 \ _T^V o I \ rsi 03 TsfE-:3,9 °'C ¡100.1 °C j 55 8°C ( \ 93.8 °C 1100.2

l l l f l l ií l l Jt l _SJ_HJ_LJ

ft \ TSM.i

\V 96'c

Bí|

: 12:02:20 28/tO/37

F/gura 3.26. Pantalla de visualizadón de datos (sección longitudinal de temperaturas).

¡ALL

C O M M A N D S

HEDGE] HE! ES E C T I O N S

General | HI | HZ

A | B1 1 C | D1

FT | Ml | N | G

_M2j_F2j_E2j]|[

GHALSJ

| J j

j j jIJLIiJLl

O.M MPa

0.00 MPa ¡12:11:40 28/10/97

% / r a 3.27. PontoZ/o c/e la sección F2.

3. Ensayo "in situ"

Ordenador principal

FIX(SCADA)

Monitorizatiónen tiempo real

Controlremoto

Presentaciónde datos

MS ACCESS(RDBMS)

TratamientoBase de datos

Informes- Gráficos- Estadísticas- Informes-etc.

±1Base de datos maestra 1

I

Correoelectrónico

Correo

IUnidad de backup Impresora Plotter Pantalla

Figura 3.28. Estructura del sistema remoto.

cenados en el sistema local, por interrogación des-de el sistema remoto.

Dada la lenta evolución de los parámetros con-trolados, y con objeto de no hacer aumentar deforma excesiva el tamaño de la base de datos, sealmacena de forma general una lectura diariapara cada variable (la correspondiente a la medi-da realizada aproximadamente a las 12:00 de lamañana). A partir de la base de datos se generan,de manera semiautomática, informes impresos enlos que se representan en gráficas la evolución detodas las variables controladas. Estos informes sedistribuyen desde AITEMIN a los grupos participan-tes en el proyecto.

Los datos numéricos contenidos en la base dedatos están también disponibles para los distintosgrupos que participan en el proyecto, a los que seles pueden enviar en soporte magnético (disque-tes), o por correo electrónico.

3.9.5.4 Comunicaciones

La transmisión de datos entre el sistema de con-trol remoto y el local se realiza a través de la redtelefónica convencional mediante modems.

En el sistema local se dispone de dos líneas tele-fónicas exteriores, independientes del resto de lasdel GTS. Estas líneas están conectadas a una cen-tralita telefónica específica para el ensayo, instala-da en la galería FEBEX. La centralita tiene 8 exten-siones, a las que se conectan los ordenadores yterminales de voz instalados en la galería (Figura3.29).

3.9.6 Procedimientos de garantía y controlde calidad

Con el objetivo de garantizar la calidad y el ras-treo de las medidas realizadas por la instrumenta-ción, se han aplicado unos procedimientos especí-ficos de garantía y control de calidad en todas lasfases relativas al acopio, pruebas y montaje de lainstrumentación.

Debido al corto espacio de tiempo disponible,no se ha realizado una calibración sistemática delos instrumentos, pero la mayor parte de ellos sehan entregado con certificados de calibración porparte del fabricante o del suministrador, y en todocaso el 100 % de los sensores han sido sometidos

69


Galería FEBEX <(GTS)

RMC(MADRID) *

, Base de PC(1)datos (1) r ,

IMódem V

^ ¡w < ¿

Líneas ~5

telefónicas

[ Módem

PC (2)

L" í

iMódem V

Base dedatos(2)

Módem

A . Central telefónica

1

| telefónica

EstrategiaComandos

PC deGRSr

1t

PC deNAGRA

iM o d e r n ^ *

í

DatosAlarmas

PC Base de datos maestra

Figura 3.29. Estructuro del sistema de comunicaciones.

a pruebas de recepción, comprobando al menosun punto de medida frente a patrones de calibra-ción certificados.

3.10 Instalación

3.10.1 Infraestructura y serviciosPreviamente a la construcción de la barrera y a

la instalación de los calentadores se realizó unaserie de labores preparatorias y de infraestructura,que se describe a continuación.

3.10.1.1 Servicios básicosLos servicios básicos de ventilación, suministro

eléctrico y de agua se tomaron de las correspon-dientes redes e instalaciones existentes en el GTS.

El aire de la ventilación se recibe de los servicioscentrales del GTS en condiciones de temperatura yhumedad controladas (aproximadamente 15°C y30-40 %, respectivamente). Por consiguiente setomó el mayor caudal posible para secar la galeríay tener en su interior un ambiente seco. Estas con-diciones del ambiente eran necesarias para mini-

mizar los riesgos de deterioro de los bloques debentonita por absorción de la humedad ambiental.Adicionalmente, y por el mismo motivo, se introdu-jeron dos convectores eléctricos para caldear y se-car el ambiente.

3.10.1.2 Sondeos

Desde el interior de la galería, en la zona de en-sayo, se perforaron 1 9 sondeos para la colocaciónde la instrumentación prevista en el macizo rocoso.La orientación y longitud de estos sondeos se fija-ron en función del posicionamiento especificadopara dichos instrumentos, y especialmente de los re-lativos a parámetros hidráulicos. La longitud de lossondeos varía entre 7 y 22 m, con un total de 233 mperforados. En la Figura 3.30 se muestra la posiciónde estos sondeos. Los sondeos SG1 y SG2, en quese instalaron células triaxiales de presión total, sonde 146 mm de diámetro; los restantes, para instru-mentación hidráulica, son de 66 mm.

3.10.1.3 Solera y plataforma de hormigón

En la zona de servicio de la galería se construyóuna solera de hormigón para permitir el montaje

70

3. Ensayo "in situ"

+Y

Figura 3.30. Sondeos perforados desde la galería.

del sistema de transporte y facilitar el paso de per-sonal. Esta solera se prolonga 13 m hacia el exte-rior de la galería en una plataforma, para facilitarla carga y descarga de equipos y para el estacio-namiento de los equipos de manejo y transportede materiales (Figura 3.31).

3.10.2 Construcción de lo berrera de arcilla

3.10.2.1 Pruebas preliminares

Ante la falta de experiencias previas en cuantoal montaje de instalaciones como la prevista, y enconcreto de barreras de ingeniería con disposiciónhorizontal, se realizó una prueba preliminar demontaje en una galería simulada de hormigón enlas instalaciones de AITEMIN en Toledo (Figura3.32). Esta prueba resultó muy útil y permitió de-tectar algunos aspectos importantes asociados almontaje, particularmente en relación con la esta-bilidad de las rebanadas de bloques de bentonita,y con el efecto acumulativo de los huelgos existen-tes por diseño entre los bloques y entre éstos y lagalería.

También se realizaron diversos ensayos de la-boratorio, en los que se comprobó el efecto dedegradación mecánica que, sobre los bloques debentonita, tiene la humedad ambiental y/o unaposible película húmeda en la superficie de laroca. De acuerdo con estas experiencias, se deci-dió: proteger los embalajes de los bloques contrala humedad; secar todo lo posible la zona de tra-bajo; y reducir al mínimo el tiempo de exposiciónde los bloques al ambiente del GTS, donde la hu-medad relativa es prácticamente del 1 00 %.

3.10.2.2 Procedimiento de montaje

La barrera se construyó de manera manual con-forme al procedimiento previsto. La secuencia demontaje se muestra en la Figura 3.33: se colocaprimero el tubo guía sobre un soporte provisional;se comprueba y ajusta su correcta alineación conel eje de la galería; y, finalmente, se construye labarrera alrededor del tubo, por rebanadas vertica-les completas hasta acabar el receptáculo del ca-lentador.

La alineación de los diversos segmentos del tuboguía entre sí y con la galería es un aspecto crítico

71


70,39

17,39 , 6,20

ni70 m46,8

46,80Túnel principal

de acceso

mO,OSolera

13,0

Zona de ensayo

V J < 1 8 •

; 0,25 —

Sección

Zona de servicio

A

sLL- ,2,05

Vista por A

4-

lis

Plataforma


Figura 3.31. Plataforma de hormigón.

72

%i;ra 3.3Z instalación para pruebas preliminares en Toledo.


70

v ^ .A <

' l '1[ \ \

1 ' i

i !i

-

65 60 1

- • - r

U

70 65 60

X <-

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í

1

65 60

70 65

A.

60

Figura 3.33. Secuencia de construcción de ¡o tañera de arcilla.

73

FEBEX. Etapa preoperocional. Informe de síntesis

para evitar dificultades en la inserción del calenta-dor. Por el lo, una vez al ineados, se daban unospuntos de soldadura en la unión entre segmentospara garantizar el mantenimiento de su posiciónhasta el momento de la inserción. Posteriormentese decidió que era más fácil asegurar la al ineaciónde los tubos guía si se introducían en la galería yaunidos entre sí, por lo que se l legaron a montar engrupos de hasta 3 segmentos juntos. La Figura3.34 muestra el receptáculo después de terminadala construcción de la barrera alrededor del tuboguía.

En algunos casos, y especialmente al principiodel montaje, fue necesario acuñar los bloques su-periores contra la roca para garantizar la estabili-dad de las rebanadas. Para ello se util izaron cuñasdel propio granito de Gr imsel .

Por otra parte, todos los huelgos dimensionalesexistentes entre los bloques, por diseño y por tole-rancia de fabr icación, se acumulan en la parte su-perior de cada rebanada, lo que hace que existaun cierto hueco en dicha zona de aprox imadamen-te 2 a 3 cm de ancho. La Figura 3 .35 representauna sección transversal " t íp ica" , y en ella tambiénse observa que, por idéntico mot ivo, el eje deltubo guía no está centrado con el de la galería,sino desplazado hacia abajo unos 15 mm. Conse-cuentemente, el del calentador lo estaría unos 35m m , aunque todas estas dimensiones dependendel d iámetro real de la galería en cada punto.

3.10.2.3 Montaje y cableado de sensores

Los sensores ubicados en el granito se montaroncon anterioridad a la construcción de la barrera dearcilla. En la bentonita, los sensores se montaron,según la disposición prevista, mecanizando el alo-jamiento requerido por cada sensor sobre los blo-ques, después de terminada cada rebanada.

Los cables se colocaron radialmente desde cadasensor hasta la superficie de la roca en un canalmecanizado sobre la bentonita. Todos los cablesse agruparon, ¡unto con los de los sensores situa-dos en el granito, en cuatro mazos situados en laclave, la solera, y los dos laterales de la galería.

En el techo y en los laterales, los mazos de ca-bles se sujetaban al granito con pernos y bridas; yen los bloques de bentonita se labraba una caja ala medida del tamaño del mazo en cada rebanada(Figura 3.36).

En la solera, los cables se colocaron en un ca-nal excavado previamente en el granito a lo lar-

go de toda la zona de ensayo. Se hizo así por estarincluidos en este grupo los cables de potencia delos calentadores, más rígidos y delicados que elresto; y también para evitar una compresión inicialelevada sobre los cables por efecto del peso de labentonita. El canal se rellenaba con polvo de ben-tonita después de colocados los cables (Figura3.37).

3.10.3 Inserción de los calentadores

Para el transporte de los calentadores a lo largode la galería y su inserción en los receptáculos dela barrera, se diseñó y construyó un equipo especí-fico cuyo esquema se muestra en la Figura 3.38.El equipo es básicamente un carro compuesto porun bastidor principal que soporta una cama o arte-sa, formada por rodillos y bolas giratorias, de di-mensiones ajustadas al diámetro del calentador. Elcarro rueda sobre un sistema de vías montado atodo lo largo de la galería.

El carro lleva incorporado un sistema de empujecompuesto por un carretón tirado por cadenas,que se desliza mediante cuatro ruedas de pestañasobre unas guías existentes en el chasis o bastidorprincipal. Sobre la cara de empuje de este carre-tón existen dos pestañas que se acoplan a lasmuescas mecanizadas a tal fin en la parte baja dela tapa frontal del calentador, con objeto de evitarsu giro durante el transporte y la inserción.

El carretón de empuje es movido por un grupomotriz hidráulico montado sobre la propia máqui-na. Este grupo tiene un sistema de regulación quepermite variar de forma continua la velocidad delcarretón empujador.

El equipo hidráulico también permite invertir elsentido de giro del motor, de manera que puedeutilizarse el mismo sistema para extraer el calenta-dor de su receptáculo en caso de ser necesario(para ello debe montarse una orejeta de engancheen la tapa frontal del calentador).

Las vías de rodadura son de sección cuadradacon una arista hacia arriba, para minimizar losmovimientos laterales del carro y asegurar una co-rrecta alineación entre el carro y las vías. En lazona de servicio las vías se montaron directamentesobre la solera de hormigón. En la zona de cons-trucción de la barrera o zona de ensayo, se apoya-ron sobre traviesas metálicas fijadas a la roca me-diante pernos, de forma que pudieran retirarsefácilmente en el momento necesario.

74

3. Ensayo "in situ"

Figura 3.34. Receptáculo del calentador después de construida la barrera de arcilla.

O': Centro de lo galeríaO": Centro del tubo guíaO"': Centro del calentador


Figura 3.35. Sección transversal típica de la barrera de arcilla.

75


Figura 3.36. Montaje y cableado de sensores.

76

Figura 3.37. Canal de cables por la solero áe la galería.


Carretón de empuje Cadena de arrastre Rodillos Bolas giratorias Eje motriz

Motor hidráulico

Bolas giratorias

Carretónde empuje

Rodillos

Sección BB' Vista por A

Figura 3.38. Carro de transpone e inserción de calentadores.

La traslación del carro sobre las vías se hacíamediante un cable de tiro accionado por un ca-brestante eléctrico situado en el exterior de la gale-ría y una polea de retorno situada en el otro extre-mo de la vía.

La Tabla 3.8 recoge las características principa-les del carro y del cabrestante de arrastre.

La inserción de los calentadores se hizo siguien-do la secuencia que muestra la Figura 3.39: el ca-lentador, sobre el carro de transporte, se enfrentacon la boca del receptáculo; el carro se ancla alas vías; y, finalmente, por medio del carretón deempuje, el calentador desliza a su emplazamientodefinitivo.

La Figura 3.40 muestra un calentador ya coloca-do en su receptáculo y ofrece también una vistaparcial del carro de inserción.

El factor crítico para la maniobra de inserción esla correcta alineación, en las tres direcciones delespacio, de la superficie de rodadura de la artesa

del carro con la generatriz inferior del tubo guía.Esto, a su vez, está fijado por la buena alineacióndel tubo y el adecuado montaje de las vías.

3.10.4 Tapón de hormigónLa zona de ensayo se cierra con un tapón de

hormigón cuya geometría se indica en la Figura3.41. El tapón se diseñó para resistir el empuje de-bido a la presión de hinchamiento de la bentonita.No se ha especificado ninguna característica deestanqueidad al agua o al gas.

El tapón se ha construido con hormigón enmasa, sin armaduras, anclajes o refuerzos de nin-gún tipo, para facilitar el desmontaje futuro. Estádiseñado para un empuje total de unas 2000 t,que corresponde a una presión de hinchamientode 5 MPa (Apartado 8.6., [8]).

Se ha utilizado hormigón de bajo calor de hidra-tación y mínima retracción, con la dosificación quese recoge en la Tabla 3.9.

77


Tabla 3.8Datos del carro de inserción y del cabrestante de arrastre

Carro

Peso total

Potencia del grupo hidráulico de empuje

Fuerza de empuje

Velocidad máxima de empuje

Fuerza de tiro

Velocidades de traslación

Potencia del motor eléctrico

5,21

2,98 kW

21 560 kN

1 m/min

19 600 kN

1,6/10 m/min

0.67/4.10 kW

Cabrestante

"

70

X <-

70 65 60

XLJI

Figura 3.39. Maniobra de inserción de calentadores.

78

3. Ensayo "in situ"

5.40. Wsfe del calentador en su posición final.

1,800 0,900

Bloques de bentoniío\

Hormigón en masa

¡Dimensiones en metros}

Figura 3.41. Sección longitudinal del tapón de hormigón.

79


El hormigonado se realizó en tres tramos de sec-ción perpendicular al eje de la galería con objetode poder comprobar el l lenado de la parte supe-rior, al menos en una parte del tapón. El hormigónse bombeaba desde el exterior de la galena y secompactó por v ibración. La Tabla 3 .10 indica losresultados obtenidos de los análisis de control deeste hormigón.

Los cuatro mazos de cables se pasaron a travésdel tapón de hormigón alojados en otros tantos tu-bos de plástico de 2 0 0 mm de diámetro (Figura3.42) . Los tubos se rellenaron posteriormente conmortero f ino.


El control de la densidad seca de la barrera eraun aspecto fundamental de la construcción. Ladensidad seca media no debe ser superior a 1,60t/m3, para no exceder la presión de hinchamientomáxima de 5 MPa utilizada en los cálculos de loscomponentes. Por otra parte, no puede ser inferioral mínimo considerado tolerable de 1,4 t/m3. Ade-más, el conocimiento de la densidad seca real-mente obtenida es necesario para las modelacio-nes y para la interpretación de los resultados delensayo.

Dosificación del

Componente

Cemento

Humo de sílice

Árido fino

Árido grueso

Arena

Filler

Agua

Superfluidificante

Tabla 3.9hormigón utilizado en la construcción

Tipo

PCO"Sulfacem"(CEMI32,5HS)

Sikafume HR

Granito Grimset 4-8 mm

Granito Grimsel 8-16 mm

Cuarzo 0,1-5,6 mm

Calizo

Red urbana

Sikament-12+

Tabla 3.10Resultados de los análisis del hormigón

W/O')

W/CMP)

Consistencia (cono de Abrams)

Densidad (fresco)

Contenido en aire

Resistencia característica (28 dios)

del tapón

Dosificaciónkg/m3

0,99

0,72

44 mm

2 394 kg/m3

0,4%

47,1 MPa

160

60

660

430

800

170

155

13

(1): Relación agua/cemento(2): Reloción aguo/totol materiales hidráulicos

80

3. Ensayo "in situ"

Por este motivo, durante la construcción de labarrera de arcilla, se determinaba, para cada re-banada vertical de bloques, la masa real de bento-nita colocada y el volumen de galería ocupado,con lo que se calculaba la densidad seca global yel porcentaje de huecos de la rebanada.

Con los datos de cada rebanada se han cons-truido los perfiles de densidad y huecos que semuestran en la Figura 3.43.

En total se instalaron 136 rebanadas, lo que su-pone un total de 5 331 bloques y una masa globalde 1 1 5 71 6 kg de bentonita. Los valores mediosrealmente obtenidos para el conjunto de la barrerason: densidad seca, 1,60 t /m 3 ; volumen de hue-cos, 5,53 %. Se ha supuesto que se mantiene lahumedad media del 14,4% de fabricación de losbloques.

3.11 Modelación

3.11.1 Termo-hidro-mecánica (THM)

3.11.1.1 Objetivos

En este apartado se resumen los análisis termo-hidro-mecánicos (THM) acoplados del ensayo "insitu" realizados por el grupo UPC-DIT durante laetapa preoperacional. En el informe correspon-diente [11] se puede encontrar una descripciónmás detallada de las características de los cálculosejecutados y de sus resultados.

El programa de análisis termo-hidro-mecánicos(THM) acoplados está relacionado con el segundode los objetivos del proyecto FEBEX: el estudio delos procesos termo-hidro-mecánicos en el campopróximo. Por un lado, el análisis numérico es unaherramienta básica para entender mejor los diver-sos fenómenos acoplados que ocurren en dichazona y, por otro lado, los resultados del ensayo "insitu" se utilizarán para verificar, validar, y mejorarlos códigos numéricos existentes y las ecuacionesconstitutivas del comportamiento del material.

El programa de análisis está estructurado en va-rias etapas:

• Modelación previa durante el diseño del en-sayo.

^ Modelación preoperacional a realizar antesdel inicio del ensayo.

ü Modelación durante la ejecución del ensayopara ayudar a su interpretación.

_) Modelación final ejecutada después del des-mantelamiento.

Los resultados de la modelación previa están re-cogidos en [1] (Capítulo 5 del Volumen I-A). Lamodelación preoperacional intenta integrar las in-formaciones disponibles en un nuevo conjunto deanálisis, con especial referencia a los datos obteni-dos de los trabajos de caracterización realizadosdurante las etapas de diseño y construcción del en-sayo. Los resultados de la modelación THM preo-peracional pueden considerarse como la mejor es-timación de la evolución del ensayo de acuerdocon los modelos actuales y con la información dis-ponible. Asimismo pretenden ser una base para fu-turas mejoras del modelo.

En relación a las fases anteriores, se han incor-porado, entre otras, las siguientes mejoras en elmétodo de análisis:

• El comportamiento mecánico de la bentonitaestá caracterizado por una ley constitutivatermo-elasto-plástica en lugar de una ecua-ción basada en una superficie de estado.

• Se han realizado análisis termo-hidro-mecá-nicos acoplados bidimensionales (2-D). En lafase anterior de modelización solamente serealizaron análisis termo-hidráulicos 2-D.

• En los análisis 2-D se han utilizado mallasmás refinadas.

• Las mallas en 2-D reproducen de maneramás precisa la geometría real del ensayo, in-cluyendo el diseño final del calentador.

• Se ha llevado a cabo un programa de análi-sis paramétricos más amplio.

3.11.1.2 Características de los análisis

Formulación

En los análisis termo-hidro-mecánicos se hanconsiderado los siguientes fenómenos:

• Transmisión del calor:

-i Conducción de calor

-i Advección de calor (agua líquida)

-i Advección de calor (vapor de agua)

-i Cambios de fase

^1 Flujo de agua:

-i Fase líquida

-i Difusión del vapor de agua

• Comportamiento mecánico:

(-> Expansión térmica de los materiales

81


y\ •A : ÍJ V

s» > '

F/gura 3.42 Tiáos í/e poso rfe cables a través del tapón.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 IB 19

Coordenada X(m)

•Volumen de huecos (%)Densidad seca (í/m3)

Datos filtrados (volumen de huecos)Datos filtrados ¡densidad seca)

82

Figura 3.43. Perfiles de densidades secas y volúmenes de huecos de la barrera.

3. Ensayo "in situ"

-i Comportamiento de la bentonita depen-diente de tensiones, succión y tempera-tura

u Comportamiento lineal y elástico del gra-nito

La simulación de los distintos fenómenos acopla-dos en el campo próximo se consigue resolviendosimultáneamente las ecuaciones de:

Ü conservación de la entalpia (energía)

ZÍ conservación de la masa de agua

• conservación de la cantidad de movimiento(equilibrio)

¡unto con las restricciones de equilibrio y ecuacio-nes constitutivas apropiadas.

La formulación utiliza una aproximación multifa-se y multiespecie. La fase líquida puede conteneragua y aire disuelto y la fase gaseosa puede seruna mezcla de aire seco y vapor de agua.

Todos los análisis descritos en este apartadoadoptan la hipótesis básica de que el medio escontinuo, es decir, no se considera de forma explí-cita la presencia de discontinuidades.

Código de ordenador

Todos los análisis se realizaron utilizando el pro-grama CODE-BRIGHT. Se trata de un código deelementos finitos diseñado para resolver problemastermo-hidro-mecánicos en geomateriales, tanto encondiciones saturadas como no saturadas.

Ecuaciones constitutivas

Una predicción realista requiere la adopción deecuaciones constitutivas apropiadas y parámetrosfiables. El gran número de fenómenos considera-dos en los análisis requiere la utilización de nume-rosas ecuaciones constitutivas y parámetros. Las le-yes constitutivas seleccionadas se describen en[1 1]. Aquí sólo se presenta un breve resumen:

• Térmicas:

LI Conducción de calor: Ley de Fourier. Laconductividad térmica depende del esta-do de hidratación de la arcilla a través deuna expresión de media geométrica mo-dificada.

-i Calor específico. Se considera aditivo conrespecto a los distintos componentes delmedio poroso.

_) Hidráulicas:

-i Flujo de agua: Ley de Darcy. La conducti-vidad hidráulica depende del grado de

saturación y, a través de la viscosidad delagua, de la temperatura.

D Curva de retención. Se ha adoptado unarelación entre grado de saturación y suc-ción que incluye histéresis.

-i Difusión de vapor: Ley de Fick. El efectode difusión en el interior de un medio po-roso se considera mediante un coeficientede tortuosidad.

Zi Mecánicas:

-i Modelo termo-elasto-plástico para labentonita en el que las deformaciones sonfunción de las tensiones netas, la succióny la temperatura.

u Modelo elástico lineal y expansión térmi-ca lineal para el granito.

Los parámetros correspondientes a estas ecua-ciones constitutivas han sido determinadas a partirde datos proporcionados por NAGRA y, especial-mente, a partir de los resultados de ensayos "insitu" y de laboratorio realizados en la etapa de ca-racterización del ensayo (Apartados 2.4, 2.5, 2.6,3.4 y 3.5). Los procedimientos utilizados en su de-terminación y los valores finalmente adaptados sepresentan en detalle en [11].

Condiciones de contorno

Las condiciones de contorno hidráulicas se deri-van de informaciones obtenidas en la caracteriza-ción hidrogeológica (Apartado 3.4). De acuerdocon las observaciones realizadas, el flujo de aguacerca del túnel es principalmente radial tendiendogradualmente hacia la dirección del flujo regionala una distancia superior a 50 m. Así, el contornodel dominio externo se fijó a una distancia radialde 50 m donde se prescribió una presión de aguade 0,7 MPa (valor típico medido antes de la exca-vación de la galería). En el estudio paramétrico sehan utilizado otros valores alternativos para la pre-sión de agua.

Las condiciones térmicas y mecánicas de contor-no prescritas a un radio de 50 m son:

• TemperaturaT = 1 2°C

ü Tensión radiala r = 28 MPa

Las condiciones de contorno térmicas aplicadasen la posición del calentador (radio = 0,385m)son:

ü 0 - 2 1 díasPotencia constante 1 200 W/calentador

83


_) 2\ - 4 2 díasPotencia constante 2 OOO W/ca len tador

• 4 2 días - hooPotencia constante 2 4 0 0 W/ca len tador

l_| tioo - 3 añosT = 100°C

donde hoo es el t iempo requerido para alcanzarlos 1 00°C en algún punto de la bentonita.

En la época de ejecución de los análisis no seconocía el calendar io definitivo para el calenta-miento, por lo que existen algunas diferencias conlas condiciones reales de ensayo.

Condiciones iniciales

Los análisis efectuados empiezan simulando laexcavación de la galería. Por tanto, las condic io-nes iniciales para el granito corresponden a una si-tuación anterior a su excavación. A pesar de quela presión de agua no es uniforme alrededor delárea de la galería, se utilizó un valor típico de 0,7MPa. Respecto a las variables mecánicas, se ha su-puesto un valor inicialmente uniforme y un campode tensión isótropo (a r = Oe = az = 28 MPa). Seha adop tado una porosidad inicial del granito de0,01.

La humedad inicial de la bentonita es del 14,4%,de acuerdo con las medidas realizadas antes de lainstalación del ensayo. Esto corresponde a un gra-do de saturación de 0,66 y, de acuerdo con lacurva de retención adoptada, a un valor de la suc-ción inicial de 84 MPa. Se adoptó una densidadseca media de 1,60 g/cm3 para el análisis, asícomo una tensión inicial isótropa igual a 0,5 MPa.Se ha supuesto una temperatura inicial uniformede 1 2°C en todo el dominio.

En todos los casos se ha supuesto un contactoperfecto tanto entre el tubo guía y la bentonitacomo entre la bentonita y la roca.

3.11.1.3 Caso Base

Para lograr una mejor comprensión del compor-tamiento del ensayo "in situ" es conveniente estu-diar los resultados de un análisis típico en detalle.Este análisis (Caso Base) sirve como patrón de re-ferencia para los análisis paramétricos. La mallautilizada se muestra en la Figura 3.44. Se aprove-chó la simetría radial del problema para conseguiruna representación unidimensional (1-D) del domi-nio. Se consideraron las diversas zonas del calen-tador, de la bentonita y de la roca. La Figura 3.44

también muestra los nodos y elementos usados enla presentación de los resultados.

La variación de temperatura durante los tresaños de calentamiento para tres puntos seleccio-nados en la barrera de arcilla (uno cerca de laroca, otro en la parte central de la barrera de arci-lla y el tercero cerca del calentador) se muestranen la Figura 3.45. Se puede ver que, después deun rápido aumento en el inicio del ensayo, la tem-peratura se incrementa más suavemente cuando secambia a una condición de contorno de temperatu-ra controlada. Esta tendencia también se puede ob-servar en las sucesivas distribuciones de temperatu-ras en la Figura 3.46. Las distribuciones de tempe-ratura en la roca a varios tiempos se encuentran enla Figura 3.47. Hay un aumento continuo del cam-po de temperaturas para distancias de hasta 30 mdespués de tres años de calentamiento.

Los cambios del grado de saturación con el tiem-po para los mismos tres puntos de la barrera dearcilla se muestran en la Figura 3.48. Sus compor-tamientos divergen mucho el uno del otro. El puntode la barrera cerca del calentador sufre un secado,hasta un grado de saturación menor que 0,4 ydespués se mantiene prácticamente constante. Seobserva una hidratación insignificante en esta zonadel ensayo. En contraste, el material de la barreracerca del granito experimenta un crecimiento con-tinuo del grado de saturación hasta llegar a la sa-turación total en un plazo relativamente corto. Elcomportamiento de la parte central de la barreraes especialmente ilustrativo. Hay un aumento ini-cial de la saturación debido a la condensación delvapor proveniente de la zona cercana al calenta-dor. Después, sin embargo, se observa un ciertosecado debido al efecto combinado del aumentode temperatura y la reducción del flujo de vapor.Puede observarse también la llegada del frente dehidratación antes de los tres años. Sin embargo,en este análisis, el centro de la barrera de arcillaestá todavía lejos de la saturación al final del en-sayo.

Las distribuciones del grado de saturación en labarrera de arcilla y en la región próxima de la rocase muestran en la Figura 3.49. Se puede observaruna lenta y progresiva hidratación de la barrera dearcilla. El aumento medio del grado de saturaciónes del 15,1%. Cabe destacar que prácticamenteno hay desaturación de la roca. El granito tieneuna permeabilidad global suficiente como para su-ministrar el caudal de agua que demanda la ben-tonita.

84

3. Ensayo "in situ"

Coordenada

radial (m)

Coordenada

radial (m)

©©©®©©

®©

ni ^ \ \ "* \

Aire

Acero (cilindro interior del calentador)

Aire

Acero (cuerpo principal del calentador)

Bentonita

Roca

© d"•° °'3 0,325 V X0,485 1,114 \

/0>5Nodo 5 / ' r-N.

i / © LElemento 5

0,485

15 ' \ 24

15 23

0,7995 1,114

)

M

0 0,1 0,2 0,3 m

©

0 0,1 0^

Figuro 3.44. Geometría y discretización en 1-D. Nodos y elementos uÉzodos en la presentación de los resultados.

£D

100

unBU

/nOU

40

20

Ví

•

. — .

Barrera cerco del calentador (nodo 5)

Centro de la barrera (nodo 15)

Barrera cerca de la roca (nodo 24)

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (día)

Figura 3.45. Variación de la temperatura con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D.

85


i

120

100

80

60

40

20

\

1sSí*-*=3

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

Distancia al eje (m)

Figura 3.46. Distribución de la temperatura en lo barrera de arcilla a varios tiempos. Análisis del Coso Base en 1-D.

60

50

s.M 30

20

10

\ •\ • *

—— — •

5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0


Figura 3.47. Distribución de la temperatura en el macizo rocoso a varios tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D.

86

3. Ensayo "in situ"

Barrera cerca del calentador(elementos)Centro de la barrera(elemento 15)Barrera cerca de la roca(elemento 23)

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (día)

Figura 3.48. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D.

1,0

0,9

0,8

I 07

ig 0,6s

0,5

0,4

0,3

Barredean

/ 1

aillo

Y~/ • ; /

/ * *

— — —

• /

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• —

¡ i '

Roca

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60


Figura 3.49. Distribución del grado de saturación a varios tiempos. Análisis del Caso Base en 1-D.

87


Los cambios de la presión del agua, de las ten-siones y de la temperatura se traducen en las va-riaciones de porosidad que muestra la Figura3.50. Las zonas más externas de la barrera de ar-cilla se hinchan debido a la hidratación, mientrasque la región cercana al calentador se contrae de-bido al secado. De hecho, el cambio global deporosidad es pequeño, ya que los movimientos dela roca y del calentador no son muy significativos(Figura 3.51). Cabe destacar que no se consideróel posible flujo de bentonita a través de los aguje-ros del tubo guía.

Las tensiones en la barrera de arcilla tienen queajustarse, en cada instante, al cambio de volumentotal prescrito por el movimiento de sus bordes.Como se muestra en la Figura 3.52, el desarrollode la tensión radial es básicamente continuo, al-canzando al final valores de entre 3,5 y 4 MPa entodo el espesor de la barrera.

También cabe destacar que los resultados refe-rentes a la parte mecánica del problema (porosi-dad y tensiones) son muy sensibles al conjunto deparámetros de tensión/deformación escogidos, porlo que su grado de incertidumbre puede conside-rarse significativo.

3.11.1.4 Estudio paramétrico

Se ha llevado a cabo un número importante deanálisis THM acoplados unidimensionales (1-D)variando los parámetros térmicos, hidráulicos ymecánicos de la bentonita y del granito. Tambiénse han modificado algunas condiciones de contor-no. Los resultados de los análisis han permitidoexaminar los efectos que distintos fenómenos tie-nen sobre la evolución del ensayo e identificar pa-rámetros críticos. Solamente se presentan algunosresultados seleccionados. El conjunto completo deanálisis se describe en [1 1].

El análisis codificado como KB se realizó usandouna permeabilidad intrínseca para la bentonita de2 • 10'20 m2, cerca de tres veces mayor que en elCaso Base. Como muestra la Figura 3.53, se pro-duce una fuerte desaturación del granito debido aque la roca no consigue proporcionar el mayorcaudal de agua requerido por la mayor conductivi-dad hidráulica de la bentonita. En este momento,se crea una zona casi impermeable que impide elflujo de agua hacia la barrera. Con el paso deltiempo, la roca se vuelve a saturar permitiendouna progresiva hidratación de la barrera. Este pro-ceso puede observarse claramente en la Figura3.54. Después de alcanzarse la resaturación del

granito, la hidratación ocurre más rápidamenteque en el Caso Base debido a la mayor permeabi-lidad de la bentonita.

En este contexto, es interesante examinar los re-sultados del análisis KBPG en que se ha utilizadoel valor elevado de la permeabilidad de la bento-nita y se ha impedido la desaturación de la rocamediante el uso de un elevado valor de entrada deaire en la curva de retención del granito. Comomuestra la Figura 3.55, no hay ningún retraso enla hidratación de la barrera de arcilla y la mayorconductividad hidráulica de la bentonita se traduceen una barrera más hidratada al final del ensayo.

La permeabilidad intrínseca del granito utilizadaen el Caso Base, 8 • JO"'8 m2, se obtuvo como unvalor medio teniendo en cuenta la matriz de laroca y sus discontinuidades. Se supone, de formaimplícita, que el flujo hacia la barrera de arcillaocurre de manera uniforme, lo que, sin duda, noes el caso. Por esta razón, es interesante llevar acabo un análisis alternativo (KG) en el que se utili-za la permeabilidad que corresponde a un valormás próximo al de la matriz de la roca (7 O"'8 m2).Este caso sería entonces más representativo de unazona en que el flujo de agua no proviene princi-palmente de las discontinuidades.

Las distribuciones del grado de saturación obte-nidas utilizando valores inferiores de permeabili-dad de la roca se muestran en la Figura 3.56.Cabe destacar que inicialmente el granito se desa-tura, porque, en este caso, la roca es incapaz deproporcionar suficiente caudal de agua a la bento-nita. Como en el caso anteriormente descrito, laroca finalmente se resatura permitiendo la hidrata-ción de la barrera de arcilla (Figura 3.57). Al finaldel análisis, el estado final de saturación de la ba-rrera es ligeramente inferior al del Caso Base.Otros estudios paramétricos muestran que el efec-to específico de la permeabilidad de la roca espoco importante.

La complejidad de la interacción entre la barrerade arcilla y la roca se hace especialmente evidentecuando se examina el efecto de la curva de reten-ción de la bentonita usando sólo la rama de seca-do y sin considerar el efecto de histéresis. La im-portancia de una posible desaturación de la rocaes clara en este caso (Figura 3.58). En el análisisSH, la desaturación del granito se produce debidoa los altos valores de succión asociados a la nuevacurva de retención. Mientras la desaturación semantiene, la hidratación es muy limitada, el au-mento medio del grado de saturación al final delensayo es de sólo 4,1%. Los resultados son muy

3. Ensayo "in situ"

U,4Ó

0,44

0,42

0,40

0,38

0,36

Barrera cerca del calentador

(elemento 5)

Centro de la barrera

(elemento 15)

Barrera cerca de la roca

(elemento 23)

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (día)

Figura 3.50. Variación de la porosidad con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D.

0,001

0,000

-0,001

-0,002

—• -0,003o

1 -0,004

i -0,005

1 -0,006

-0,007

-0,008

-0,009

-0,010

\

V\

Barrerade arcille

Y**V

T4

•7

/

Roca

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20


1,40 1,60

Figura 3.51. Distribución de los desplazamientos radiales a varios tiempos, lona Próxima. Análisis del Caso Base en 1-D.

89


«E

-5

-10

-15

-20

-25

-30

Barrerade arcilla

|i

ft

\

i

1i

1i

1

L

^̂ ^

Roca

\

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20


1,40 1,60

Odias45 días150 días365 días1095 días

Figura 3.52. Distribución de ¡opresión radiola varios tiempos. Análisis del Coso Base en 1-D.

1,0

0,9

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

Barrerade arcill

7Vi

• /

/

t — — ——*J

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i

\ , '

ií

4 -J—

Roca

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20


1,40 1,60

Odias45 díasISOdías365 días1095 días

Figura 3.53. Distribución del grado de saturación a varios tiempos. Análisis KB.

90


3

200

Barrera cerca del calentador(elemento 5)Centro de la borrera(elemento 15)Barrera cerca de la roca(elemento 23)

Barrera cerca del calentador(elemento 5)Centro de lo borrera(elemento 15)Barrera cerca de la roca(elemento 23)

400 600 800

Tiempo (día)

1 000 1 200

Figura 3.54. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis KB. Se han incluido los resultados del análisis del Coso Base en l-D(símbolos en negro) para su comparación.

Barrera cerca del calentador(elemento 5) KBCentro de lo barrera(elemento 15) KBBarrera cerca de la roca(elemento 23) KBBarrera cerca del calentador(elemento 5) KBPGCentro de la barrera(elemento 15) KBPGBarrera cerca de la roca(elemento 23) KBPG

200 400 600

Tiempo (día)

1 000 1 200

Figura 3.55. Vorioción del grado de soturoción con el tiempo. Análisis KB (desaturación delgronito) y KBP6 (sin desaturación del granito).

91


o•o

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1,0

0,9

0,7

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0,5

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11

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Barrera

de arcilla

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1

Roca

0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60


Figura 3.56. Distribución del grado de saturación a varios tiempos. Análisis KG.

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

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.—«—

i——<

L

t- Q %

Barrera cerca del calentador(elemento 5)Centro de la barrera(elemento 15)Barrera cerca de la roca(elemento 23)

Barrero cerca del calentador(elemento 5)Centro de la barrera(elemento 15)Barrera cerca de la roca(elemento 23)

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (día)

Figuro 3.57. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis KG. Se han incluido los resultados del anál'sis del Caso Base en l-ü(símbolos negros) pora su comparación.

92

3. Ensayo "in situ"

O 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (día)

Barrara cerca del (alentador(elemento 5) PGSHCentro de la barrera(elemento 15) PGSHBarrera cerco de la roco(elemento 23) PGSHBarrera cerca del calentador(elemento 5) SHCentro de lo barrera(elemento 15) SHBarrera cerca de la roca(elemento 23) SH

Figura 3.58. Variación del grado de saturación con el tiempo. Análisis SH (desaturoc'ón del granito) y PGSH (sin desaturación del granito).

distintos en el análisis donde no se permite la de-saturación de la roca (PGSH). Ahora, no sólo la h¡-dratación se desarrolla libremente, sino que tam-bién se alcanza la saturación total de la barrera alfinal del ensayo. El campo de temperaturas es tam-bién significativamente diferente debido al aumen-to de la conductividad térmica asociado a la satu-ración de la bentonita.

Por lo tanto, la curva de retención de la bentoni-ta tiene una considerable importancia en el análi-sis. Los efectos, sin embargo, son totalmente dife-rentes dependiendo de si la roca se desatura o no.Una consecuencia inevitable de estos análisis esque pueden coexistir varios regímenes hidráulicosen diferentes partes del ensayo. Es evidente que lainteracción entre la roca y la barrera de arcillaconfieren al problema un elevado grado de com-plejidad.

3.11.1.5 Análisis 2-D: sección longitudinal

Para obtener una mejor representación de lascondiciones reales del ensayo, se utilizó una sec-ción longitudinal axisimétrica en 2-D en la que sehan representado las características geométricas

más importantes del ensayo "in situ". Se realizaronanálisis THM acoplados utilizando esta geometría.

La malla utilizada para discretizar la sección lon-gitudinal aparece en la Figura 3.59. El contornoextemo está a una distancia de 50 m, como en elanálisis 1 -D. La malla también considera la pre-sencia de la galería de acceso y el tapón de hor-migón. Los distintos componentes del calentadorestán representados, pero no se incluyó la existen-cia de ningún espacio entre el tubo guía y la ba-rrera de arcilla ni entre la roca y la bentonita. Eneste apartado sólo se presentan los resultadosusando los parámetros del Caso Base.

Las distribuciones de temperatura en el centro dela barrera de arcilla se muestran en la Figura 3.60.Cabe observar que la distribución delante de loscalentadores es razonablemente uniforme pero latemperatura baja rápidamente fuera de esta zona.Una comparación directa con los resultados 1 -D,en la sección central del calentador (Figura 3.61),muestra que la temperatura en la barrera es unpoco menor en el análisis 2-D debido a la disipa-ción lateral del calor. Lejos del calentador, el au-mento de temperatura es muy pequeño y uniformea través de la barrera.

93


DRACVIUVERSION 5.52

E:O1 S:00l:63

I "

^ - j - j — - •

axisim

Figura 3.59. Malla axisimétrico en 2-D: sección longitudinal.

100

90

80

70

£ 60sI 50S.

I 40

30

20

10

0

\

50 días• • - • 1 5 0 días

- - - 365 días1095 días

0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00 18,00

Distancia (m)

Figura 3.60. Distribución de la temperatura a vorios tiempos. Análisis 2-D:sección longitudinal. Caso Base.

94

3. Ensayo "in situ"

El proceso de hidratación se muestra en la Figu-ra 3.62, donde se exhiben las distribuciones delgrado de saturación en la parte central de la ba-rrera de arcilla. Puede observarse que el procesode hidratación es razonablemente uniforme y queno se alcanza la saturación total después de tresaños. La llegada del frente de saturación introdu-ce, sin embargo, un cierto grado de no uniformi-dad. El progreso de la hidratación en la parte finalde la galería (distancia = 1 7 m) es también evi-dente. En general, la hidratación de la barrera ob-tenida en el análisis 2-D es muy similar a los resul-tados 1-D. Una conclusión parecida se obtienerespecto a las variables mecánicas.

3.11.1.6 Conclusiones

Se ha realizado una serie de análisis acopladostermo-hidro-mecánicos simulando el ensayo "insitu" bajo distintas condiciones. Los cálculos incor-poran datos del comportamiento de los materiales,geometría del ensayo y condiciones iniciales y decontorno de acuerdo con la información de la quese disponía al inicio de los cálculos. Gran parte deesta información ha sido obtenida en la etapa decaracterización del ensayo.

El examen de los resultados de los análisis numé-ricos ha hecho posible comprender en más profun-didad las principales características del ensayo "insitu", incluyendo la interacción entre los aspectostérmico, hidráulico y mecánico del problema.Mientras que el objetivo de las etapas anterioresde modelación fue proporcionar datos para unmejor diseño y planificación del ensayo, el princi-pal beneficio de los análisis aquí presentados con-siste en proporcionar una base para futuros desa-rrollos del modelo. La ejecución de un extensivoprograma de estudios paramétricos ha conducidoa una mejor comprensión del problema acopladoy de los efectos que distintos procesos y paráme-tros tienen sobre las variables observadas.

La diferencia más significativa de los resultadosen el análisis del Caso Base, con respecto a losanálisis equivalentes de la etapa anterior de mode-lación, es el hecho de que ahora la roca no se de-satura. Esto se debe a la menor velocidad de de-manda de agua de la bentonita, asociada a lamenor conductividad hidráulica adoptada para laarcilla FEBEX. De cualquier modo, el estudio para-métrico también muestra que puede producirseuna desaturación significativa de la roca y la crea-ción de una barrera no saturada para el flujo deagua hacia la bentonita, si se adoptan propieda-

des hidráulicas diferentes para la roca y/o la ben-tonita.

El estudio paramétrico revela también el altogrado de complejidad del problema, especialmen-te en relación con la interacción entre la barrerade arcilla y la roca. Lo demuestran resultados apa-rentemente paradójicos, como que el cambio en lacurva de retención pueda acelerar o frenar la hi-dratación, dependiendo de si la roca se desatura ono. Esta complejidad implica que cualquier extra-polación de los efectos observados para un con-junto de parámetros sea arriesgada. Por esta mis-ma razón, la utilización de valores promedio de al-gunos parámetros puede conducir a resultadoserróneos

También se han examinado los efectos bidimen-sionales usando los resultados de un análisis deuna sección longitudinal axisimétrica en 2-D. Sehan observado algunos efectos en las variables tér-micas, hidráulicas y mecánicas, pero son modera-dos y no cambian de manera cualitativa las con-clusiones obtenidas de los análisis 1 -D. El análisislongitudinal 2-D también ha permitido la obten-ción de resultados en zonas no contiguas a los ca-lentadores.

La necesidad de realizar un análisis completo dela etapa preoperacional ha requerido la adopciónde importantes hipótesis simplificadoras que no tie-nen en cuenta características importantes del expe-rimento real; sobre todo, la existencia de condicio-nes de contorno y propiedades de los materialesno homogéneas (especialmente las hidráulicas) yla presencia de discontinuidades en la roca y en labentonita. Estas complejidades adicionales debe-rán considerarse en futuros programas de análisisnumérico a realizar durante la etapa operacionaldel ensayo. Estos análisis incorporarán también lainformación que se obtenga en los programas deensayos de laboratorio proyectados para las eta-pas posteriores del ensayo (Capítulo 5).

3.11.2 Modelación termo-hídro-geoquímica(THG)

3.11.2.1 Objetivos

El objetivo del proyecto FEBEX en lo concernientea los aspectos hidrogeoquímicos consiste en laidentificación, evaluación y modelación de la posi-ble alteración mineralógica y geoquímica de labentonita de la barrera arcillosa -producida por elefecto combinado de las altas temperaturas, el ¡n-

95


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200 400 600 800

Tiempo (día)

1 000 1 200

Barrera cerca del calentadorCaso 2-DCentro de la barreraCaso 2-DBarrera cerca de la rocaCaso 2-DBarrera cerca del calentadorCasol-DCentro de la barreraCasol-DBarrera cerca de la rocaCasol-D

Figura 3.61. Variación de la temperatura con el tiempo. Análisis 2-D: sección longitudinal. Comparación con el Caso Base.

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1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0,0

-. ^V

I

0,00 3,00 6,00 9,00 12,00

Distancia (m)

15,00 18,00

Figura 3.62. Distribución del grado de soturadón a varios tiempos. Análisis 2-D: sección longitudinal.

96

3. Ensayo "in situ"

tercambio de potasio y el flujo de a g u a - y el estu-dio de sus efectos sobre las propiedades hidrodi-námicas, mecánicas e hidroquímicas de la bento-nita [1]. Dentro de dicho objetivo general se en-marca el desarrollo y validación parcial de mode-los conceptuales y numéricos para los procesostérmicos, hidrodinámicos y geoquímicos (THG). Es-tos modelos se irán actualizando a lo largo detodo el proyecto, incorporando para ello la infor-mación que se genere tanto en los dos ensayos agran escala como en los ensayos de laboratorioque se harán en paralelo.

Uno de los aspectos novedosos del proyecto FE-BEX, respecto de otros experimentos similares dehidratación y calentamiento a gran escala, radicaen la utilización de trazadores artificiales. Los tra-zadores artificiales son sustancias químicas, ausen-tes tanto en la barrera de arcilla como en el grani-to, que se incorporan dentro de la barrera bentoní-tica con el propósito de obtener información inde-pendiente sobre diversos aspectos del ensayo agran escala.

En este apartado se presentan los principales re-sultados de la modelación numérica THG de ladistribución final de los trazadores artificiales. Estamodelación, realizada por la ULC con la informa-ción disponible antes del comienzo del ensayo, haservido para: calcular el t iempo necesario para al-canzar la saturación total de la barrera; evaluar laimportancia relativa de los diferentes mecanismosde transporte de solutos dentro de la barrera; y es-tudiar los posibles esquemas de hidratación.

Primeramente se describen las características delos trazadores utilizados (analizados y preparadospor CIEMAT). A continuación se explica el modeloconceptual y numérico así como ei código utiliza-do. Después se presentan las predicciones numéri-cas del denominado caso base, correspondientes alas hipótesis y parámetros más plausibles. Estas pre-dicciones se complementan con un análisis de sen-sibilidad en el que se evalúa el efecto de la incerti-dumbre en los valores de los parámetros. Los deta-lles de la modelación THG de los trazadores pue-den ser consultados en un informe específico [12].

3.11.2.2 Trazadores

Para cumplir los objetivos propuestos, se han uti-lizado dos tipos de trazadores (Capítulo 5, Refe-rencia [12]). Por un lado se seleccionaron una se-rie de trazadores conservativos o cuasi conservati-vos. Estos trazadores, que se mueven con el aguasin ningún tipo de interacción con las fases sólidas,son iodo, renio y selenio. Se ha utilizado un segun-do grupo de trazadores no conservativos, que su-fren retención o pueden estar afectados por proce-sos redox. La Tabla 3.1 1 contiene la lista de com-puestos utilizados como trazadores.

Las características de la bentonita no permiten latoma de muestras de agua durante el ensayo. Porello, la distribución de los trazadores sólo se podráobtener durante la fase de desmanteiamiento delensayo.

La interpretación de los datos de distribución delos trazadores conservativos al final del ensayo

Tabla 3.11Trazadores seleccionados para el ensayo "in situ"

Trazador

lodo

Renio

Boro

Selenio

Deuterio

Europio

Cesio

Compuesto

Nal

NaReO4

H3BO3

No2Se04:10H2O

D20

Eu(NO3)2:5H2O

CsCI

Ion

1-

ReO4"

H3BO3 (oq)

SeO 42 "

D20

Eu27Eu3+

Cs+

97


permit irá: evaluar los esquemas de hidratación dela barrera; identificar las principales vías de f lu jo;evaluar el papel de las heterogeneidades de la ba-rrera (las ¡untas entre bloques y los huelgos entre labarrera de arcil la y el macizo rocoso, por ejemplo);evaluar la magnitud de los procesos difusivos en lasproximidades del calentador; y cuantif icar los pará-metros de transporte de la bentonita (porosidad ac-cesible y coeficiente de difusión molecular).

La distribución final de los trazadores no conser-vativos estará afectada por los fenómenos de hi-dratación y especialmente por los diferentes proce-sos geoquímicos operantes dentro de la barrera.Estos trazadores permit irán evaluar la magni tud delos procesos de sorción (valores de Kd) y de otrosposibles procesos (intercambio iónico, precipita-ción de fases sólidas, reacciones redox, etc.).

Los trazadores se colocaron uti l izando diversosmétodos, que incluyen: ampol las de vidrio (para elagua deuterada), G A ; mezclados con arcil la enpastillas de bentonita compactada, CP; en papelde filtro impregnado, FP; y dentro de cápsulas sin-terizadas metálicas, SSS. Las cantidades emplea-das así como la forma y lugar de emplazamientose describen en la Tabla 3 .12 .

3.11.2.3 Modelo conceptual THG

La modelación THG se realizó en varias etapas.En primer lugar, se postularon los posibles mode-

los conceptuales para el flujo de agua, la transfe-rencia de calor y el transporte de los trazadores através de la barrera de bentonita. Estos modelosconceptuales son la base de los modelos numéri-cos (Capítulo 6, [12]).

Modelo conceptual de flujo

Las principales características del modelo con-ceptual del flujo son:

Ü Flujo de agua en fase líquida bajo condi-ciones de saturación variable (flujo no satu-rado).

U Validez de la Ley de Darcy.

_) La conductividad hidráulica depende del gra-do de saturación.

J La conductividad hidráulica saturada de labarrera de arcilla es homogénea, isótropa yno varía con la temperatura. Se utilizarondistintos valores para cada uno de los traza-dores, en función de la temperatura calcula-da para la zona en la que se encontrabandentro de la barrera.

U La conductividad hidráulica saturada del gra-nito es homogénea e isótropa e indepen-diente de la temperatura.

_) Las curvas de retención de la bentonita y delgranito coinciden con las utilizadas en la mo-delación THM (Apartado 3.11.1.) para la

Tabla 3.12Información sobre los trazadores utilizados en el ensayo "in situ". Forma de aplicación: GA: Ampolla de vidrio:

SSS = cápsula sinterizada; CP = pastilla de bentonita compactada; FP = papel de filtro

TrazadorForma

de aplicación

Distancia al ejede la galería

cm

Masa o volumende compuesto

Volumen osuperficie marcada

Concentración en elagua intersticialde la bentonita

lodoRenio

FPSSSFP

5959

25 mg/hoja77 mg/punto3,0 mg/hoja

100 cm2

5,481 cm3

100 cm2

0,02 mg/l

10-5 mg/l

BoroSetenioEuropio

FPSSSCP

59/1035981

600 mg/hoja305 mg/punto73 mg/punto

100 cm2

5,481 cm3

10,948 cm3

0,38 mg/l0,05 mg/l10"4 mg/l

Cesio

Deuterio

SSSCP

GA

103103

103

51 mg/punto51 mg/punto

800^1/punto

5,481 cm3

10,948 cm310"4 mg/l

98


rama de humectación. No se consideranefectos de histéresis.

• Se adopta la misma conductividad relativaque en la modelación THM.

• Condiciones de contorno: similares a las dela modelación THM. La condición externacorresponde a suponer una presión fija de0,7 MPa en el agua del macizo rocoso, a50 m del eje del calentador.

O Inicialmente la barrera de arcilla tiene uncontenido volumétrico de humedad de0,245 (equivalente a un contenido gravimé-trico de 0,144).

La distribución espacial de las entradas de aguaa la barrera bentonítica (esquema de hidrataciónde la barrera) es uno de los factores determinantesde la migración de los trazadores. Por ello se pres-tó especial atención al estudio de los posibles es-quemas de hidratación.

El agua disponible en la superficie externa de lamasa de arcilla puede fluir de manera radial, uni-formemente dentro de la arcil la, o puede hacerlode manera preferente a través de las ¡untas entre

bloques. El agua fluirá a través de las juntas en lamedida que éstas permanezcan abiertas, lo que de-penderá tanto del proceso de hidratación como delhinchamiento de los bloques de bentonita. Si el f lu-jo a través de las juntas es despreciable, la hidrata-ción de la barrera tendrá lugar fundamentalmentedesde fuera hacia dentro. La Figura 3.63 ¡lustragráficamente los dos esquemas de hidratación.

El análisis preliminar de los primeros datos dis-ponibles sobre el ensayo "in situ" parece indicarque no se ha producido una hidratación segúnvías preferentes. Esta apreciación confirma las ex-pectativas previas. Los pequeños aportes de aguadel macizo granítico permitirán que se sellen lasjuntas periféricas existentes entre los bloques. Unavez selladas estas juntas, la hidratación se produci-rá de forma radial a lo largo de la superficie exter-na de la barrera.

Modelo conceptual térmico

Las principales características del modelo con-ceptual térmico son:

• Conducción de calor: Ley de Fourier incor-porando tanto la conductividad isótropa

Modelo 1

Figuro 3.63. Modelos conceptuóles de hidratación del ensayo "in situ". El Modelo I (parte superior) corresponde a la hidratacióndesde fuera, mientras que el Modelo 2 (parte inferior) corresponde a la hidratación mixta, tanto desde fuera como a través

de las ¡untas transversales.

99


como la conduct iv idad anisótropa asociadaa las heterogeneidades del medio.

I-J Advección.

Q La conduct iv idad térmica isótropa varía conel contenido de humedad (similar a la utiliza-da en la modelac ión THM).

Q Condic iones iniciales y de contorno: igualesa las de la simulación THM (Apartado 3.11.1)

Modelo conceptual de transporte y químico

Las principales características del modelo con-ceptual de transporte y químico son:

~Í Mecanismos de transporte: advección, di fu-sión molecular y dispersión mecánica (Ley deFick).

i-) El coeficiente de difusión molecular dependedel contenido de humedad y de la porosidadaccesible, pero no de la temperatura. Seadoptan distintos valores para cada trazadordependiendo de la temperatura existente enla zona de la barrera donde se encuentra.

Q La dispersividad es constante e independien-te de la temperatura y del grado de satura-ción.

—I Estructura de porosidad: se adopta una solaporosidad para todos los trazadores (exceptopara el ioduro) igual a la porosidad total(0,41).

Q Para el ioduro (del que existe evidencia desufrir exclusión aniónica) se adopta una po-rosidad accesible menor que la porosidadtota l . Se consideran distintos esquemas deexclusión.

' - i Los trazadores añadidos en cápsulas y pasti-llas se disuelven de forma instantánea conuna solubi l idad i l imitada.

^-) La retención por sorción se simula mediantecoeficientes de distribución K j , que difierendependiendo del trazador.

!-l Los coeficientes de distribución decrecen l i -nealmente con el contenido de humedad, deforma que el coeficiente de retardo no varíecon el contenido de humedad.

- ) Se adoptan factores correctores de los valo-res del coeficiente de distribución del ioduroy del borato, en función de la temperatura e-xistente en la zona de la barrera donde seencuentra el trazador.

3 La migración de cada trazador se simula te-niendo en cuenta su ubicación, masa, con-

centración inic ial , y características químicas yde transporte.

3.11.2.4 Modelo numérico THG

La modelación numérica de la migración de lostrazadores se realizó con el código TRANQUI [18],que resuelve secuencialmente las ecuaciones deflujo no saturado, del transporte de calor, y deltransporte reactivo de un sistema de múltiples solu-tos en medios heterogéneos y anisótropos bidi-mensionales y tridimensionales con simetría axial.Utiliza el método de los elementos finitos de Ga-lerkin, para la resolución de las ecuaciones dife-renciales del flujo y transporte, y el método de ite-ración secuencial para la solución del transportereactivo en condiciones de equilibrio químico. Elcódigo ha sido ampliamente verificado, mediantecomparación con otros códigos de característicassimilares, y ha sido aplicado con éxito reciente-mente a la simulación de ejemplos sintéticos y ca-sos reales [12].

Se han utilizado los mismos valores de los pará-metros hidrodinámicos y térmicos en las modela-ciones THG y THM (Apartado 3.1 1.1.). La utiliza-ción de los mismos parámetros, sin embargo, nogarantiza que las predicciones termo-hidrodinámi-cas coincidan, ya que existen algunas diferenciasentre ambos modelos. Una de estas diferenciasconsiste en que el modelo THG no considera losprocesos de evaporación/condensación ni el flujode vapor.

Los parámetros específicos del modelo THG sonlos que hacen referencia al transporte de solutos ya los procesos de adsorción. Todavía no se dispo-ne de una base de datos de transporte de solutosa través de la bentonita FEBEX. Por ello, se adop-taron valores obtenidos a partir de la literaturacientífico-técnica. La Tabla 3.13 recoge los valoresde la porosidad, difusión molecular y dispersividadutilizados para la bentonita y el granito. Para algu-nos de los trazadores aniónicos (como el ioduro)se adoptaron valores de porosidad menores que laporosidad total para tener en cuenta posibles pro-cesos de exclusión aniónica. Las concentracionesiniciales utilizadas y las masas de cada trazador serecogen en la Tabla 3.12.

3.11.2.5 Resultados de la modelación THG: Caso Base

En este apartado se presentan las prediccionesnuméricas del denominado Caso Base, correspon-dientes a las hipótesis y parámetros más plausibles.

100

3. Ensayo "in situ"

Tabla 3.13

Parámetros de transporte de la bentonita y del granito: De = difusión molecular efectiva; <t> - porosidad;

OCL = dispersividad longitudinal

Bentonita

Granito

De1 0 " mVs

3-36

0,15

O

0,41

0,01

Okmm

1-30

3

Para la modelación del flujo se adoptó una ma-lla unidimensional con simetría axial. La Figura3.64 muestra la distribución del grado de satura-ción de la barrera de arcilla para distintos tiempos,comenzando desde las condiciones iniciales hastala saturación completa. Se observa que despuésde 1 100 días sólo se alcanza la saturación com-pleta en los 10 cm más externos de la barrera. Sinembargo, toda la barrera experimenta un incre-mento de humedad. En la figura se puede obser-var que la saturación completa de la barrera se al-canza al cabo de 6000 días (del orden de 16años). La predicción del grado de saturación de labarrera al cabo de 1100 días obtenida con el mo-delo THG coincide en líneas generales con la mo-delación THM (Figura 3.49). Sin embargo, se ob-servan ciertas diferencias debido a que la modela-ción THG no considera el efecto de la evaporaciónen las proximidades del calentador.

Para la modelación de los trazadores aplicadosa lo largo de la superficie externa de la barrera dearcilla (I y Re en forma de papel de filtro), se utilizóuna malla unidimensional con simetría axial. La Fi-gura 3.65 muestra la distribución espacial de laconcentración del ion ioduro al cabo de 1100 díaspara distintas hipótesis sobre la magnitud de la ex-clusión aniónica (no exclusión y 50% de exclusión)y del coeficiente de distribución (Kd = 0 y Kd =0,73 ml/g). El efecto de que el ioduro sufra reten-ción se traduce en un retraso notable. De hecho,para Kd = 0 la posición del pico de la curva depenetración del trazador está casi 10 cm más ha-cia adentro que para el caso de Kd = 0,73 ml/g.Además, las concentraciones de ¡oduro en el aguaintersticial son sensiblemente menores cuando seconsidera la adsorción del trazador. Si se conside-ra una exclusión aniónica del 50% (es decir, la mi-tad del volumen de los poros no son accesiblespara el ioduro) y para Kd = 0, el trazador ¡odurose desplaza mucho más rápidamente (el pico de lacurva se presenta 10 cm más hacia dentro de la

barrera que en el caso de no considerar la exclu-sión) y muestra una menor dispersión (causada porla reducción en el coeficiente de difusión efectivo).El efecto de la exclusión aniónica depende a su vezdel valor del coeficiente de distribución. Para Kd =0,73 ml/g, el efecto de la exclusión aniónica setraduce en que la curva de penetración del traza-dor es más picuda (menor difusión), si bien la posi-ción del pico coincide casi con la correspondientea la hipótesis de no exclusión

Para los trazadores puntuales (los aplicados enforma de cápsulas y pastillas), se utilizaron mallasbidimensionales. La Figura 3.66 muestra la distri-bución espacial de las concentraciones calculadaspara el borato (un trazador añadido de forma pun-tual y que tiene un valor de Kd igual a 27,27 ml/g)al cabo de 50 y 1 100 días. Se puede observar elclaro efecto de la adsorción en la reducida movili-dad del borato.

3.11.2.6 Análisis de sensibilidad

La modelación de la migración de los trazadoresse realizó utilizando los parámetros disponibles.Para algunos parámetros de los que se carecía dedatos para la bentonita FEBEX (como el coeficientede difusión molecular y la dispersividad), se utiliza-ron datos publicados en la literatura científica.Con el fin de ilustrar la posible incertidumbre delas predicciones, debida a la incertidumbre de losvalores de los parámetros, se realizó un extensoanálisis de sensibilidad. Los principales resultadosde este análisis son:

• Como era de esperar, el desplazamiento delos trazadores es muy sensible al valor de laconductividad hidráulica saturada de la ben-tonita.

• Se observó además que los patrones de h¡-dratación y de entrada del trazador son muysensibles a la función adoptada para la con-

101


1,0

0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20

Distancia (m)

—o— 0,5 (Kas50 días

100 dios200 días300 días700 días

1100 días2 000 días3 000 días4 200 días6 000 días

Figura 3.64. Predicción del avance del frente de saturación a través de lo barrera de arcilla en el ensayo "in situ".

50

45

40

ST 35

sI-s

30

25

20

15

10

5

50 60 70 80 90 100

Distancia radial (cm)

Kj = 0, sin exclusión

K¿ = 0,73, sin exclusión

K¿ = 0, con exclusión

« 4 = 0 , 7 3 , con exclusión

Figura 3.65. Distribución espacial en lo barrera de arcilla del ion ioduro al cabo de 1100 días, para distintos hipótesis sobre retencióny exclusión.

102


250

200 -

150 —

100

50

o

;f0,2 J f

BO3

.+4-

4-

4 +4 4-

• 4 +4 +

; .4. + .

10

0,5

4- H

4

+

4-

++

4- 4-

4- 4 i

+. +.1.

+ +

4 +

• 4- 4-

4- y-y/

T "

• 4- ++ 4- -

- + +

+ +

4 44

4 4

1

4

4

+• + +4- 4

A 50 días

4-

| Granito L

4- +K + +

Bentonita |-

\

4 4 4

+ 4-4 +

4- 4 - 4

+ 4-\ 4 -i.

V-v. 1 . 4 . 4

4

+

4

4- +

4 4- -

. .+ . + 1

200 150 100 50 0 50 100 150 200


200 150 50 0 50


100 150 200

Figura 3.66. Distribución espacial de la concentración del anión borato en el ensayo "in situ" calculada al cabo de 50 y 1100 días.Lo figura representa una sección perpendicular al eje de lo barrera.

103


duct ividad relativa de la bentonita. Los resul-tados que se obtienen con dos de las funcio-nes más comúnmente utilizadas (las de Irmayy van Genuchten) son marcadamente distin-tos (Apartado 4 .8 .2 .5) .

^-) Los resultados numéricos son poco sensiblesa la conduct iv idad hidráulica del granitosiempre que su valor sea mucho mayor queel de la bentonita. Sin embargo , para valoresde la conduct iv idad del granito del orden de3 veces menor que la de la bentonita, el gra-nito se desatura y la entrada de agua a labentonita se reduce drásticamente.

• La distribución f inal de los trazadores es muypoco sensible al valor de la dispersividad.Este es un resultado importante, ya que sepuede concluir que no es necesario realizarexperimentos de laborator io para su determi-nación (en la actual idad se carece de datosexperimentales de este parámetro).

-1 A pesar de existir transporte advectivo, la d i -fusión molecular es el principal mecanismode transporte. La distribución f inal de los tra-zadores es extremadamente sensible al valordel coeficiente de difusión molecular efecti-vo. Dado que este parámetro varía con latemperatura, el contenido de humedad y elt ipo de trazador, será necesario obtener me-diante experimentos de laborator io una bue-na base de datos de difusión molecular.

-1 C o m o era de esperar, los patrones de migra-ción de los trazadores que sufren adsorciónson muy sensibles al valor del coeficiente dedistr ibución. Dado que se carece de informa-ción sobre su dependencia con la temperatu-ra, será necesario realizar experimentos deadsorción a varias temperaturas.

• El comportamiento de los trazadores anión i -cos que puedan sufrir exclusión amónica (el I"es uno de los que existe abundante evidenciaen la literatura) es muy sensible a la magni -tud de la porosidad accesible.


Se ha presentado el resumen de los resultadosde la modelación THG del ensayo "in situ", corres-pondiente a la predicción, en la fase preoperacio-nal, de la migración de toda una gama de traza-dores artificiales añadidos en diversos lugares dela barrera de arcilla. Con el fin de obtener el máxi-mo de información a partir de la distribución final

de los trazadores, se utilizó un gran número deellos, aplicados de diversas formas y en múltipleslugares dentro de la barrera. En consecuencia, lapredicción numérica del transporte de los trazado-res ha requerido numerosas simulaciones de lasque sólo se han presentado las más destacadas.

La modelación numérica THG de la migraciónde los trazadores ha permitido identificar los pro-cesos de transporte más relevantes, evaluar elefecto de los parámetros de flujo en la distribuciónfinal de los trazadores, y comprender mejor losefectos del transporte de solutos en condiciones desaturación parcial. Los resultados de los análisis in-dican que el transporte advectivo es importantesólo en la zona más externa de la barrera de arci-lla (en la que se nota el efecto de la hidratación dela arcilla). En general, la difusión es el mecanismode transporte predominante para los trazadoresconservativos (Re y Se) y cuasi conservativos (I).

Para los trazadores con valores elevados delcoeficiente de distribución, las predicciones numé-ricas indican que prácticamente no se desplazan nidifunden. Los resultados del análisis de sensibilidada los parámetros de flujo y transporte han permiti-do: confirmar lo que cabía esperar respecto a larelevancia de ciertos parámetros esenciales (talescomo la conductividad hidráulica saturada de labentonita); identificar aspectos y parámetros ini-cialmente no considerados como relevantes (comopor ejemplo la conductividad relativa de la bento-nita); y descubrir el papel poco relevante de ciertosparámetros (como la dispersividad de la bentonitao la conductividad hidráulica del granito).

La modelación THG de los trazadores presenta-da en este apartado servirá de base para futurosanálisis, en los que será necesario considerar as-pectos especialmente relevantes tales como: el flu-jo en fase vapor (con fenómenos de evapora-ción/condensación), la dependencia con la tempe-ratura de los parámetros más relevantes (la con-ductividad hidráulica y la difusión molecular de labentonita), y la progresiva disolución de los traza-dores con el tiempo.

Además de la modelación THG de los trazado-res, en las próximas etapas del proyecto se abor-dará la modelación THG de los principales proce-sos geoquímicos del ensayo "in situ". Para elloserá necesario mejorar el modelo conceptual geo-químico para las interacciones agua-arcilla e intro-ducir modificaciones y ampliaciones en el códigoTHG actual. Para perfeccionar el modelo concep-tual y numérico THG se ha elaborado un plan inte-

104

3. Ensayo "in situ"

grado de trabajo de las tareas experimentales y demodelación [4].

3.12 Operación

3.12.1 Pruebas iniciales y puesta en marcha

Las tareas de montaje mecánico, que era la fasecrítica a efectos del acceso al GTS por carretera,se realizaron en 1 6 semanas en el periodo com-prendido entre el 1/07/96 y el 15/10/96, con dossemanas de adelanto respecto a la planificacióninicial. El montaje y puesta a punto de los sistemasde adquisición de datos y control, tareas no críticasen el tiempo, se alargaron en cambio más de loprevisto, hasta el 27702/97, con 11 semanas detrabajo efectivo en dicho periodo.

Aparte de algunas pruebas puntuales de cortaduración, la fase de calentamiento propiamentedicha comenzó el 27702/97', fecha denominada"día 0" en la escala de tiempos. La secuencia se-guida de puesta en marcha fue la siguiente (la Fi-gura 3.67, correspondiente al calentador n° 1):

1) Durante un periodo inicial de 20 días se apli-có una potencia constante de 1200 W porcalentador, con objeto de identificar la res-puesta térmica del sistema y ajustar de estemodo los algoritmos de control.

2) En una segunda etapa de 33 días más, la po-tencia se incrementó a 2000 W por calenta-dor, y se mantuvo también constante durantetodo ese periodo, para aproximar las tempe-raturas a los 100 °C deseados en la superficiedel tubo guía, pero con una cierta limitaciónen cuanto a la velocidad de subida, con obje-to de evitar tensiones inducidas por efecto tér-mico.

3) Finalmente, el 21/04/97 (día 53) el sistemase pasó al modo de control por temperaturaconstante, dejando fluctuar la potencia libre-mente. De todos modos, se realizaron tres pa-sos sucesivos para ir ajustando los parámetrosdel algoritmo de control, fijando los puntos deconsigna del sistema sucesivamente a 95, 99y 100 °C, todo ello en un periodo de 8 días(Figura 3.67).

Como referencia de temperatura para el algorit-mo de control se elige la más alta de las medidas

E'3

-7 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 M 91 98 105 112 119 126 133 140

3000

- 2500

2000

1500

1000

Día

Temperatura máxima en lo superficiedel tubo gufa del calentador n° 1 Potencia en el calentador n°l

Figura 3.67. Registro de temperaturas y potencias en el calentador ns 1.

105


localizadas en la periferia del tubo guía del calen-tador. De esta fo rma, se garantiza que la máximatemperatura a la que se somete a la bentonita sonlos 100 °C fi jados como punto de consigna. Noobstante, se exceptúan de este a lgor i tmo las tem-peraturas de las tapas planas del calentador, quepor efecto de la forma constructiva de la carcasa,suelen ser superiores al resto.

3.12.2 Proceso de información

Como se indicó anteriormente, los datos almace-nados en los ordenadores del sistema local delGTS se transfieren periódicamente al centro de se-guimiento y control del experimento en Madrid(RMC), vía modern. Sobre estos datos se realiza unfiltrado y se almacenan en la base de datos maes-tra del RMC, solamente un dato por día para cadavariable medida.

La base de datos maestra está construida sobreMS-ACCESS y esto permite procesar y combinar lainformación disponible para representarla de muydiversas maneras (véase como ejemplo el gráficode la Figura 3.67).

3.12.3 Resultados preliminares

Dada la lenta evolución del sistema, sobre todoen lo que se refiere a la hidratación de la bentoni-ta, debe pasar más tiempo para extraer conclusio-nes sobre los procesos de tipo THM que se estánproduciendo en la barrera de arcilla y en la rocacircundante. Sin embargo, y a la vista de la infor-mación disponible de los primeros meses del ensa-yo, pueden identificarse una serie de fenómenosque merece la pena comentar:

1) El granito se ha resaturado muy rápidamente,aunque hay que tener en cuenta que desde elcierre del tapón hasta el inicio del calenta-

miento pasaron más de 4 meses. Aún más,todos los indicios y medidas apuntan a que elhueco de aire formado en la parte superiorde la galería esté lleno de agua.

2) Posiblemente por esta misma causa, la perife-ria de la barrera de arcilla también se ha hi-dratado de forma rápida, pero esta hidrata-ción no se ha transmitido en la misma medidahacia el interior de la barrera, lo que confir-ma que las ¡untas entre bloques y los canalesde los cables que penetran hacia el interior dela barrera no actúan como caminos preferen-tes para el agua, es decir han sido selladospor el hinchamiento de la bentonita. Además,este esquema se repite a todo lo largo de labarrera, sin que de momento se observe unamayor hidratación en las zonas teóricamentemás húmedas de la galería. Esto confirmaque, probablemente, el hueco superior y lascanales de cables estén actuando como ele-mentos conductores y haciendo más uniformeel aporte de agua a la barrera.

3) La evolución de las temperaturas tanto en labarrera como en la roca desde que se co-menzó la fase de calentamiento es muy lógicay de hecho se ajusta muy bien a las prediccio-nes hechas por los trabajos de modelaciónpreoperacionales. Las potencias necesariaspara mantener los 100 °C en la superficie delcalentador se han estabilizado en torno a los2000 W en el calentador n° 1 y 2300 W en eln° 2, aunque tienden a bajar lentamente.

4) A raíz del inicio del calentamiento, aunquecon un cierto retraso, se ha empezado a ob-servar que la parte interior de la barrera estácomenzando a secarse, y este proceso pareceempezar a alcanzar también a la periferia dela misma, a medida que las temperaturas endicha zona aumentan.

106

4ENSAYO "EN MAQUETA"

NEXT PAQE(S)toft BLANK

107

4. Ensayo en "maqueta"

4.1 Descripción general

El ensayo en "maqueta" simula, a escala casireal, componentes del sistema de barreras de inge-niería (SBI), de acuerdo con el concepto AGP deENRESA.

En este ensayo se eluden las heterogeneidadesdel sistema natural (formación granítica), se tienecontrol del proceso de hidratación y se pueden de-finir mejor las condiciones de contorno. Esto facili-ta la verificación de la capacidad predictiva, sobreel comportamiento de la barrera de arcilla, de loscódigos numéricos desarrollados para el análisisdel comportamiento del campo próximo. La verifi-cación sobre la barrera de arcilla es un paso pre-vio a su comprobación sobre condiciones natura-les como las del ensayo "in situ".

Los componentes del ensayo son semejantes alos del ensayo "in situ": dos calentadores eléctricosde acero al carbono, barrera de arcilla de 0,64 mde espesor, instrumentación, control automáticodel calentamiento y sistema de adquisición/ges-tión de los datos generados. Aunque la concep-tualización de los dos ensayos es muy parecida,existen diferencias destacables: la barrera de arci-lla dispone de toda el agua necesaria para su hi-dratación, suministrada a presión constante por elsistema de hidratación; y la masa granítica, hete-rogénea, es sustituida por una estructura de aceroinstalada en una sala con temperatura práctica-mente constante.

La construcción de la barrera de arcilla se harealizado con bloques de bentonita compactada aalta densidad, para cuya fabricación se han utiliza-do 26 t de bentonita granulada. La masa total debentonita instalada en el ensayo es de 22,5 t.

El ensayo se está realizando en las instalacionesde CIEMAT (Madrid), en un edificio construido conesta finalidad.

La etapa de calentamiento e hidratación comen-zó en febrero de 1 997 y está previsto que dureunos tres años. En este tiempo el ensayo funciona-rá de forma automática, regulado por el sistemade control de los calentadores (SCC), y producirála información recogida por los cerca de 500 sen-sores instalados, que será almacenada y gestiona-da por el sistema de adquisición de datos (SAD).

Al finalizar la etapa de calentamiento, está pre-visto proceder al desmantelamiento, muestreo y es-tudio de todos los materiales instalados. Con ellose pretende conocer el estado final de los instru-

mentos, la intensidad de la corrosión inducida enlos metales y, especialmente, las modificacionesgeoquímicas producidas en la bentonita.

En este capítulo se presenta una descripción re-sumida del diseño, fabricación y montaje de loscomponentes físicos del ensayo. Todo el trabajoha sido realizado por CIEMAT y está recogido endetalle en el documento 70-IMA-M-9-4, Ensayo en"Maqueta", Instalación y Operación [14].

Se incluyen también los resúmenes de las mode-laciones THM y THG, que, en detalle, se presentanen los documentos:

_) 70-UPC-M-3-002, Preoperational thermo-hydro-mecbanical (THM) modelling of the"mock-up" test [15].

3 70-ULC-M-0-1, Thermo-hydro-geochemicalmodelling of the "mock-up" FEBEX experi-ment [16].

4.2 Componentes del ensayo

El ensayo está instalado en CIEMAT, Madrid (Es-paña), en un anexo del edificio 19 construido ex-clusivamente para su ubicación. El edificio está cli-matizado, por lo que la temperatura se mantienecasi constante (20±2°C).

La infraestructura del ensayo consta de cinco uni-dades básicas, representadas en el diagrama de laFigura 4 .1 : estructura de confinamiento y sistemade hidratación; sistema de calentamiento; barrerade arcilla; instrumentación; sistema de adquisiciónde datos (SAD) y sistema de control de los calenta-dores (SCC).

En la barrera de arcilla se han instalado tambiénprobetas de distintos metales que permitirán com-plementar el estudio de la corrosión sufrida por loscomponentes metálicos del sistema (calentadores ysensores). También se han añadido trazadores quí-micos, que facilitarán la comprensión de los proce-sos geoquímicos de interacción agua-bentonita yde transporte de masa.

4.3 Estructura de confinamiento y sistemade hidratación

4.3.1 Estructura de confinamiento

La estructura que confina a la barrera de arcillaes un cilindro de acero al carbono con una capa

109


Sistema de adquisición de datos (SAD)

PC del SAD

Unidades deproceso del

(SAD)

Línea de presiónde nitrógeno

Sistema decontrol de loscalentadores

(scq

Autómataprogramable

Sistema dehidratación

Estructura deconfinamiento

Calentadores

Cables de lainstrumentación

Cables depotencia y

sensores delcalentador

Barrera dearcillo

Figura 4.I. Esquemo general del ensayo en "maqueta".

interior de acero inoxidable; consta de dos cuerposcilindricos unidos por una brida central, y cerradoen los extremos con dos tapas metálicas, tambiénembridadas, de los mismos materiales que el cuer-po principal. El conjunto está soportado por trespies metálicos.

Las características principales son:

_] Diámetro interiorl , 615m

_] Longitud interior6,00 m

_| Espesor de pared0,07 m de acero al carbono / 0,005 m deacero inoxidable

_| Presión de trabajo9,0 MPa

_| Masa total en vacío (estimada)30 000 kg

En cada tapa hay una salida para los cables desuministro de energía y de sensores de temperaturade los calentadores. La superficie cilindrica tiene234 orificios: 48 boquillas para inyección de aguay 186 para salida de cables de los sensores.

Los materiales han sido suministrados con loscertificados de calidad correspondientes.

CIEMAT ha realizado las inspecciones y las prue-bas que ha considerado oportunas para controlarlos materiales y las técnicas de construcción utiliza-das. Se destacan los exámenes por rayos X y líqui-dos penetrantes, la aceptación del programa depuntos de inspección (PPI), y la realización de dospruebas hidráulicas, una de carácter estructural yla segunda para detección de fugas (realizadascon agua a presión, hasta 1 12 bar).

4.3.2 Sistema de hidratación

Este sistema tiene la función de suministrar aguaa presión, controlada y constante, para hidratar lamasa de bentonita.

El sistema consta de dos tanques a presión conuna capacidad conjunta del orden de 1,3 m3, co-nectados, en su parte superior, a una línea de su-ministro de nitrógeno y, en su parte inferior, a unared de tuberías que los une con las 48 boquillasde inyección de agua de la estructura de confina-miento.

110


Cada uno de los tanques está soportado por trespies metálicos, que son la base del sistema de pe-saje para controlar el agua inyectada. Los tanquesestán situados lo más cerca posible de la estructu-ra de confinamiento para reducir el volumen muer-to del sistema (Figura 4.1).

Los elementos básicos del sistema son:

ü Línea de nitrógeno a 4,0 MPa de presión.

• Dos depósitos a presión de las siguientes ca-racterísticas:

u MaterialAcero inoxidable

j Altura3,0 m

j Diámetro0,8 m

u Espesor de pared0,012 m

J Presión de trabajo3,5 MPa

J Volumen interno (estimado)0,660 m

u Masa total en vacío (estimada)550 kg 3

• Sistema de medida por pesada.

• Red de tuberías hasta la estructura de confi-namiento.

_) Filtros y geotextil para la protección de lospuntos de entrada de agua, y revestimientocon geotextil de la superficie interior de la es-tructura de confinamiento para homogenei-zar el aporte de agua a la periferia de la ba-rrera de arcilla.

Los materiales han sido suministrados con los co-rrespondientes certificados de calidad. Las partes

en contacto con el agua son de acero inoxidableAISI 304L

Los tanques de hidratación han sido sometidos auna prueba hidráulica a 1,5 veces la presión no-minal de diseño (4,0 MPa) y se ha examinado el100% de las soldaduras.

4.3.2.1 Conexión con la estructura de confinamiento

La conexión entre el sistema de hidratación y laestructura se realiza mediante 48 puntos de inyec-ción distribuidos en seis secciones, cada una conocho boquillas de inyección distribuidas a 45° yconectadas a un tubo en anillo por sección. Paraevitar su posible obstrucción por la arcilla, las bo-quillas de inyección están protegidas mediante dosfiltros de acero inoxidable, un disco de malla deacero inoxidable y un disco de geotextil.

La superficie interna de la estructura de confina-miento se ha cubierto con cuatro capas de geotex-til para facilitar la hidratación homogénea de labarrera de arcilla. Las propiedades de compresibi-lidad y permeabilidad del geotextil han sido verifi-cadas por medio de ensayos de laboratorio.

4.3.2.2 Tipo de agua

Para la hidratación se utiliza agua granítica co-mercial, debido a la facilidad de suministro de lacantidad necesaria con la estabilidad química re-querida para todo el tiempo del ensayo. Es, ade-más, el agua que se ha utilizado en los ensayos delaboratorio durante los últimos años y su composi-ción es conocida y estable.

Al agua se le ha añadido iodo y deuterio, comotrazadores, y su composición resultante se muestraen la Tabla 4 .1 . Tiene pH 8,1 y conductividadeléctrica 278

Tabla 4.1Composición del agua para hidratación de la barrera de arcilla

Elemento

Concentraciónenmg/l

Elemento

Concentraciónenmg/l

Ca 2 +

38

SiO2

21,8

Mg 2 +

9,4

Ba

0,05

Nn+

14

Cd

0,05

K+

1,3

Mn

0,05

cr

15

Ni

0,04

r

2,1

Pb

0,07

HCO-

152

Sr

0,09

N0-

5,0

Zn

0,12

sor

15

Al

0,09

111


4.3.2.3 Control y monitorizadón del suministro de agua

La masa de agua y la presión de entrada en laestructura de confinamiento, se controlan mediantecélulas de carga y sensores de presión, que envíanlos valores obtenidos directamente al sistema deadquisición de datos (SAD).

La masa de agua introducida en el sistema semide mediante el pesaje continuo de los tanquesde hidratación. El sistema de pesada para cadauno de los tanques está constituido por:

Q 3 células de carga a flexión HBMZÓAC3/500 (500 kg, conectada a ó hilos, 2mV/V, precisión C3, protección IP67), conmódulo de montaje K-Z6/MS550KG (protec-ción anti-giro, anti-vuelco y sobrecarga).

• Caja de conexión en paralelo HBM VKK2,para sumar las tres células de carga.

• Amplificador/indicador HBM MVD2510 (pre-cisión 0,1%) con salida analógica (de 0 a 10VCC) directamente conectada al SAD.

Cada tanque está suspendido de tres salientesmetálicos en el cuerpo del tanque, a 120°, que

apoyan sobre las células de carga, asentadas so-bre tres soportes (Figura 4.2).

La presión de inyección a la salida de los tan-ques y las presiones en la superficie de hidrataciónde cada mitad de la estructura se registran de for-ma continua. Los valores medidos son recogidosdirectamente por el SAD. El sistema de medidaestá formado por:

• Manómetro digital HBM Digibar 300 (20bar) en la línea de salida de los tanques.

• Dos transmisores DRUCK PCX1400 (20 bar,4-20 mA) instalados en dos orificios de sali-da de cables de la estructura de confina-miento, uno en cada módulo.

Con los valores de peso y presión del nitrógenode los tanques de hidratación se determina, y seregistra en el SAD, la masa de agua inyectada encada momento.


El diseño de la estructura de confinamiento y delsistema de hidratación ha sido realizado por CIE-MAT. La construcción de la estructura de confina-

i f\

figura 4.2. Tonques de hiéataáón. Detalle del sistema de pesaje.

112


miento se llevó a cabo en Talleres VICALDE, Llodio(Álava). Los tanques de hidratación se fabr icaronen TAM S.A., Madr id , y la línea de suministro denitrógeno y la conexión entre los tanques y la es-tructura fue realizada por la empresa DTA S.L.

De acuerdo con el programa de garantía y con-trol de ca l idad ap l icado, se han cumpl ido los hitossiguientes: redacción del PPI e inspecciones duran-te la fabr icac ión; redacción del documento de cal i -dad de la estructura de conf inamiento; obtencióndel t imbrado por parte del Ministerio de Industriapara los tanques de hidratación; y realización delas pruebas hidráulicas y de estanqueidad de a m -bos sistemas.

4.4 Bloques para la barrera de arcilla

La barrera de arcilla se ha construido con blo-ques de bentonita compactada. En todos los ensa-yos del proyecto FEBEX se está utilizando la mismabentonita, cuyas propiedades se han descrito en elCapítulo 2. En el apartado 4.7.3.3 se describe laconstrucción de la barrera.

En el documento 70-IMA-M-3-3, Benfonita (Orí-gen, Propiedades y Fabricación de Bloques [6]), sedescribe en detalle todo el proceso.

4.4.1 Diseño

En la Figura 4.3 se muestra la geometría de labarrera en dos secciones representativas de las zo-nas con calentador y sin calentador. Esta geometríase consigue con cuatro tipos de bloques: A, B, C yE. En la Figura 4.4 y en la Tabla 4 .2 se muestranlas formas y dimensiones de los distintos bloques.

La densidad seca de diseño de los bloques es de1,77 g / cm 3 . Esta densidad se determinó de acuer-do con el vo lumen de huecos esperado en la cons-trucción y considerando una densidad seca f inalde la barrera de arcil la de 1,65 g / cm 3 .

El valor f inal de la densidad seca responde a loscriterios de referencia del diseño de AGP de ENRE-SA. El contenido de humedad de los bloques es elespecif icado para la bentonita a granel , del 12,5%al 15,5%.

Bloque tipo A

Bloque tipo B

Calentador

Bloque tipo A

Bloque tipo C

Bloque tipo E

Zona con calentador Zona sin calentador


Figura 4.3. Geometría de la barrero.

113


Bloque tipo A Bloque tipo B Bloque tipo C Bloque tipo E

Figuro 4.4. Formas y dimensiones de los bloques.

Tabla 4.2Dimensiones de construcción de los bloques

Bloque

Radiomm Ángulo

Dimensionesmm Espesor

mm

A

B

C

E

R

795

475

475

r

480

170

e

645

325

645

26

26

26

fi

25

25

25

30

60

60

60

a

411* 2

475*2

473*2

450*2

b

248*2

170*

250*2

225*2

c

315*2

3O5tí

225 t í

225*2

124*1

124*'

124*'

124*'

4.4.2 Fabricación

Para la fabricación de los bloques A y B se dise-ñaron y fabricaron los moldes adecuados. Los blo-ques C se obtuvieron mecanizando los B para con-seguir la cara interior plana. Con el molde de losbloques B modificado (sin orejetas) se han obteni-do unos bloques auxiliares, a partir de los que pormecanizado se consiguen los E.

114

Para la fabricación se utilizó una prensa hidráuli-ca uniaxial, de efecto simple, y la compactación serealizaba en tres prensados sucesivos con una pre-sión de 40 a 50 MPa. La fabricación de los moldesy la compactación de los bloques han sido realiza-das por Jesús Castro, S.L., de Torrejón de Ardoz(Madrid).

A la fabricación se le ha aplicado el programade garantía de calidad, en que se controlaba para


cada bloque: peso, dimensiones, aspecto externo,densidad seca y humedad.

En la Tabla 4.3 se indican los valores medios delas características de los diferentes tipos de bloques.

Se han compactado, en total, 2 5 8 7 0 kg de ben-tonita y se han obtenido 1012 bloques. Los valoresmedios ponderados de humedad y densidad secason 13,6% y 1,77 g /cm 3 , respectivamente.

4.4.3 Embalaje, transporte, almacenajey manipulación

Se comprobó en ensayos de laboratorio que losbloques se deterioran con cierta rapidez si se expo-nen a ambientes de alta humedad relativa. Poresta razón los bloques se han protegido con lámi-nas de plástico y se han mantenido embalados encajas de madera hasta su utilización.

Durante la construcción se controlaba la tempera-tura y la humedad relativa en el interior de la estruc-tura de confinamiento: no se observaron grandes va-riaciones sobre las condiciones ambientales medias(20°C de temperatura y 60% de humedad relativa).

No se ha producido deterioro de bloques por hu-mectación excesiva, pero sí hubo que rechazar algu-nos por daños durante la manipulación. El porcenta-je de pérdida de bloques durante la mecanización yla instalación ha sido inferior al 10% previsto.

4.5 Sistema de calentamiento

El sistema consta de dos calentadores cilindricosy los sistemas de monitorización y control. Cada

calentador tiene tres elementos calefactores eléctri-cos internos, capaces de suministrar individual-mente la potencia térmica necesaria para mante-ner en el contacto calentador-bentonita la tempe-ratura de 100°C, de acuerdo con el concepto dealmacenamiento de ENRESA.

El criterio de operación de los calentadores esmantener constante la temperatura superficial (loque permite un control más sencillo), pero con laposibilidad de regular un valor constante de la po-tencia según la fase del ensayo.

4.5.1 Calentadores

4.5.1.1 Características generales

Las premisas básicas para el diseño de los calen-tadores han sido que no es posible efectuar repa-raciones tras su instalación, y que la temperaturamáxima en el contacto calentador-bentonita fuerade 100°C, distribuida de la forma más homogé-nea posible.

En este ensayo los calentadores están en contac-to directo con la bentonita, separados 0,75 m en-tre sí, mientras en el ensayo "in situ" están aloja-dos en el tubo guía. Se han elegido resistenciaseléctricas, al considerar los siguientes criterios: efi-ciencia, distribución homogénea del calor, densi-dad de potencia, coste de instalación, duraciónmedia de los elementos y aspectos de seguridad.

Las dimensiones externas de los calentadores(1,625 m de longitud y 0,34 m de diámetro), sehan ajustado teniendo en cuenta el espesor de losbloques de bentonita (125 mm) y la relación entre

Tabla 4.3Valores medios de las propiedades físicas y número de bloques fabricados

Tipo de bloque

ByC D(E)

Peso por bloque (kg)

Contenido medio de humedad (%)


Unidades fabricadas

Peso total (kg)

25,8

14,2

1,77

598

15428

25,2

13,2

1,76

322

8114

25,3 (D)

13,1

1,82

92

2328

115


el área de las superficies cilindricas y el área de lassuperficies de los extremos del contenedor de resi-duos de referencia (4,54 m de largo por 0 ,90 mde diámetro).

Tras diversos análisis y ejercicios de modelaciónrealizados durante la fase de diseño del ensayo, sefi jó la potencia máxima a suministrar en 9 0 0 Wpor calentador. Esta potencia debe permitir mante-ner la temperatura de consigna en el calentamien-to, incluso en las condiciones más desfavorablesde la bentonita saturada.

4.5.1.2 Características mecánicas

Los cálculos de diseño consideran que la presiónmáxima sobre los calentadores será de 9 MPa, conuna diferencia máxima de temperatura entre dospuntos del calentador de 20°C (para las tensionestérmicas).

Cada calentador consta de un núcleo de aceroal carbono de espesor de pared 0,01 2 m y diáme-tro externo 0,3 m en el que se insertan las resis-tencias eléctricas. El conjunto está protegido poruna camisa de acero al carbono (de 0,02 m de es-pesor y diámetro externo de 0,34 m) cerrada condos tapas (soldada la del fondo y la frontal fijadapor medio de tornillos).

Las características principales de los calentadoresson:

• Diámetro externo0,34 m

• Longitud1,625 m

Zí MaterialAcero al carbono

• Espesor de pared0,04 m (interior del núcleo a exterior de ca-m¡sa)/0,06 m (tapas)

_) Presión de trabajo9,0 MPa

Zl ElementosCamisa y tapas, núcleo cilindrico, 3 elemen-tos calefactores (max. 930 W/unidad) y 9puntos de control

ZÍ Potencia nominal máxima2800 W

• Masa total en vacío (estimada)475 kg

La estanqueidad de la carcasa exterior se haconseguido mediante juntas tóricas de Viton y re-lleno de epoxy.

4.5.1.3 Características eléctricas

Los elementos calefactores seleccionados son re-sistencias eléctricas blindadas de referencia THER-MOCOAX ZEZ Ac 25/600-2600-600/2 CM 25(0 2,5 mm, resistencia 2,0 Q/m, 220 VAC/50 Hz).La longitud de los elementos es de 6 m de extre-mos fríos y 26 m de zona caliente. Están protegi-das por una vaina de acero inoxidable AISI 304Lcon conexiones externas del tipo CM25 (150W/m, hasta 200°C).

El núcleo calefactor está compuesto de Ni/Cr80/20 y las zonas frías de Cu/Zr. La temperaturamáxima de trabajo en la zona caliente es de600°C. El núcleo está aislado de la vaina por me-dio de polvo de MgO, que incrementa la resis-tencia dieléctrica, la transferencia de calor y lavida del elemento.

Para conseguir una alta probabilidad de suminis-tro de potencia durante todo el ensayo, cada ca-lentador tiene tres resistencias eléctricas, capaces,cada una de ellas, de suministrar la potencia no-minal requerida. Las resistencias eléctricas de cadacalentador se controlan como un conjunto. Encaso de fallo de una, las resistencias restantes su-plen la potencia equivalente. Se han instalado to-dos los elementos de seguridad necesarios para laprotección del personal y minimizar la posibilidadde daños en el equipo.

El suministro eléctrico de los calentadores estáaislado de la red general mediante transformado-res de aislamiento conectados a tierra.

4.5.1.4 Mecanizado

Se destacan los siguientes aspectos en el meca-nizado de los calentadores:

ü Camisa y núcleo: se ha prestado una espe-cial atención a la tolerancia entre la camisa yel núcleo para obtener un ajuste óptimo.

^1 Alojamiento de las resistencias: consiste entres canales de 3 mm de ancho y de profun-didad, con fondo semicircular, que recorrenla superficie del núcleo en forma paralela si-guiendo una trayectoria helicoidal, con undesarrollo total de 25 m.

—I Alojamiento de los sensores de temperaturapara el control de potencia: se han realizadoperforaciones en el núcleo y en la camisa;las del núcleo son pasantes de 0 10 mm,mientras que las de la camisa son roscadasM I 2 . Se distribuyen en tres secciones: las

116


secciones de la zona central y del extremocercano a la salida de conexiones tienencuatro alojamientos distribuidos a 9 0 ° ; lasección situada en el otro extremo tiene unúnico alojamiento.

4.5.1.5 Montaje

Se ha seguido un proceso secuencial y cuidado-so dada la fragilidad de las resistencias eléctricas.En cada fase se ha comprobado el funcionamientode los componentes instalados:

• Arrollamiento sobre el núcleo: las tres resis-tencias de cada calefactor están arrolladasen hélice y alojadas en las ranuras talladassobre el núcleo interno del calentador, conuna separación de 18,66 mm entre centros yun total de 27 vueltas por elemento. La sepa-ración entre espiras de un mismo elementoes, por tanto, de 56 mm. Esto supone unadistribución uniforme de la potencia térmica alo largo de la zona "caliente" del calentador.Se ha utilizado Output de Loctite, adhesivode elevada conductividad térmica de aplica-ción en electrónica, y se ha realizado una li-gera presión sobre las resistencias hasta sufijación en el núcleo.

-̂) Encamisado: la inserción del núcleo en la ca-misa se ha realizado con ayuda de una gra-sa anti-corrosión (Loctite 7671 "anti-seize"),aplicada sobre el núcleo para facilitar el des-lizamiento y asegurar un buen contacto tér-mico entre ambos componentes.

-̂) Instalación de los sensores de temperatura:los sensores de temperatura para control dela potencia se instalan en los alojamientosmecanizados en el núcleo y en la camisa, in-sertados en tornillos diseñados especialmen-te. Se introducen desde el exterior de la ca-misa una vez alineadas correctamente lasperforaciones de la camisa y el núcleo.

• Paso de los cables de alimentación y de sen-sores a través de la tapa: después de instalartodos los sensores, se han pasado, a travésde un tubo de salida del calentador, los ex-tremos de las resistencias eléctricas y los ca-bles de señal de los sensores de temperatura,previamente identificados. La longitud de losterminales fríos de los elementos calefactorespermite la salida del cuerpo del calentador,y, a través del tubo de protección, llegar has-

ta la caja de conexiones en el exterior de laestructura de confinamiento.

Q Cierre del calentador: terminada la opera-ción de pasar el cableado por el tubo, se co-locó la tapa frontal, con las ¡untas de estan-queidad. La estanqueidad se ha conseguidopor medio de los cierres periféricos de latapa y por los cierres especiales medianteuna ¡unta tórica y una arandela triangularpara cada uno de los tornillos.

4.5.2 Sistemas de control y monitorizaciónde los calentadores

El SCC comprende todos los componentes eléc-tricos y/o electrónicos, y los programas de ordena-dor necesarios: para supervisión del funcionamien-to y el control de la potencia suministrada a los ca-lentadores de una forma autónoma; para la ad-quisición de datos (incluyendo el envío de los pa-rámetros al SAD); y para la activación de los pro-cesos y alarmas en caso de fallo de algún compo-nente (resistencias del calentador, electrónica, etc).

El sistema se basa en un control de bucle cerra-do con un autómata programable industrial ("Pro-grammable Logic Control", PLC), que gestiona elconjunto y regula la potencia suministrada me-diante un interruptor por triac y la electrónica aso-ciada al mismo. El disparo del triac se hace coinci-diendo con el paso por cero de la onda, para nofatigar las resistencias. Las tres resistencias eléctri-cas de cada calentador se controlan como un con-junto.

El parámetro de control del calentamiento puedeser la temperatura o la potencia suministrada. Encaso de fallo de cualquier elemento calefactor, elsistema de control lo compensa con los elementoscalefactores restantes. Los 9 sensores instalados encada calentador permiten observar la distribucióninterna de temperatura.

4.5.2.1 Elementos principales del sistema de controlde los calentadores

El SCC se compone de los siguientes subsiste-mas:

Autómata programable (PLC)

El autómata recibe los valores de consigna desdela sala de control del ensayo y pasa a funcionar enmodo autónomo, efectuando la transformación

117


entre los parámetros nominales de control y la po-tencia suministrada al calentador durante la opera-ción automát ica.

El autómata mide las temperaturas de cada ca-lentador (en nueve puntos) y controla que el valormedio de la temperatura en los cuatro puntos dela sección central sea la de consigna. El programade control realiza los cálculos, regula la potenciamediante la electrónica auxil iar, y envía los datosde temperatura y potencia instantánea demanda-dos por el SAD.

Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura (PtlOO HERAUS,1/3 D IN , 4 hilos) tienen como función obtener latemperatura para el control de los calefactores, enla zona más próxima al contacto calentador-bento-nita. La instalación se ha descrito anteriormente yla estanqueidad de la carcasa en las insercionesde los sensores se ha conseguido mediante un re-tenedor-sel lador anaeróbico para alta temperatura(Loctite).

Sistema electrónico de regulación de potencia

Tiene por f inal idad con t ro la r la potencia eléctricasuministrada a las resistencias calefactoras me-diante un sistema redundante. Los parámetros decontrol pueden ser un valor p rogramado de tem-peratura o de potencia.

El autómata controla el tr iac, que actúa como in-terruptor, mediante la electrónica de potencia aso-c iada, regulando el t iempo de conducción y así lapotencia suministrada al calentador. La regulacióndel t iempo de conducción se realiza por paquetesde ciclos completos con disparo al paso por cerodel triac, y esperando el t iempo necesario para en-viar el siguiente paquete; esto reduce el número deciclos encend ido /apagado y pro longa la vida delas resistencias.

Sistema de protección de los calentadores

Un sistema de alarmas vigila el posible fal lo delos elementos calefactores y de los elementos críti-cos de la electrónica de potencia, por detección delas variaciones de los consumos individuales.

En caso de fal lo de una resistencia, lanza la alar-ma y compensa automáticamente la pérd ida; encaso de fal lo en el tr iac, lanza una alarma y envíauna señal que abre un relé evitando el sobrecalen-tamiento.

4.5.2.2 Procedimiento de control

Las variaciones de regímenes de potencia de loscalentadores, los cambios en la estrategia de con-trol, etc, deben ser transmitidos al PLC mediantelos programas adecuados, con lo que se evita elacceso a personal no autorizado.

En el ensayo se han sucedido dos fases en cuan-to a la regulación de potencia de los calentadores:

1) Calentamiento inicia

En esta fase el objetivo ha sido alcanzar latemperatura de régimen en un plazo corto.Con objeto de simplificar la modelación, estecalentamiento inicial se ha realizado a poten-cia constante.

2) Régimen permanente

Una vez alcanzada una temperatura próximaa la de consigna (100°C) en algún punto delcontacto calentador-bentonita, se toma comoobjetivo terminar de alcanzar y mantener latemperatura de consigna, lo que implica unaregulación continua de la potencia en la di-rección que demande el sistema.

Como ya se ha indicado, se utilizan simultánea-mente todos los elementos calefactores. Este es-quema tiene la ventaja de no someter a excesivacarga a ninguna de las resistencias, lo que es im-portante dada la duración prevista del ensayo y suvida media garantizada. Permite también el au-mento instantáneo de potencia sin excesivo au-mento de temperatura en las resistencias.


El diseño y la construcción de los calentadoresha sido realizado por CIEMAT, así como el monta-je de los diferentes elementos. Los elementos cale-factores fueron fabricados por THERMOCOAX(Francia), empresa que cuenta con los certificadospertinentes de calidad. La instalación de los senso-res de temperatura en los tornillos específicos fuehecha por la firma HERTEN S.L., con inspección deCIEMAT. Las tapas del fondo de los calentadoresfueron soldadas por una empresa especializada,que tiene las homologaciones requeridas.

Se ha aplicado y se han cumplido los requeri-mientos del programa de garantía de calidad delproyecto: diseño robusto y redundante, selecciónde suministradores, obtención y verificación demateriales, montaje y verificación de componentes,realización de ensayos preliminares.

118


4.6 Instrumentación y sistemade adquisición de datos (SAD)

Para conocer la evolución continua del ensayose han instrumentado todos los componentes delsistema (calentadores, barrera de arcilla, entradade agua, estructura de confinamiento y edificio dealojamiento), mediante sensores de temperatura,presión total, presión de fluido, humedad y defor-mación. Para información sobre procesos geoquí-micos se han instalado trazadores químicos ymuestras de diversos metales.

El SAD visualiza el conjunto de sensores, realizalas conversiones de los datos y los almacena ensoporte magnético. Está constituido por un sistemadistribuido controlado mediante un programaSCADA instalado en un ordenador personal. El sis-tema es autónomo e independiente del control delos calentadores.

4.6.1 Sensores

Las condiciones de trabajo (presión > 5 MPa,temperatura hasta 100°C y ambiente salino) hanaconsejado seleccionar sensores sin componenteselectrónicos activos, especificados para estas con-diciones. Los mismos requerimientos se han esta-blecido para los cables y la unión con los sensores.Como medida cautelar, se ha procurado que lalongitud de cable en el interior de la estructura seala mínima para alcanzar las tarjetas de conexiónsituadas en el exterior.

En la Tabla 4.4 se recoge un resumen sobre elnúmero y tipo de los sensores, los parámetros me-didos y la zona en la que están situados. Se haninstalado 505 sensores, pero se registran automáti-camente 526 señales, otras 19 señales, relativas adeformación, se obtienen manualmente. El númerofinal de señales es de 545, debido a la posibilidadde medir humedad y temperatura con los 40 trans-misores de humedad relativa.

Estas señales corresponden a los sensores insta-lados en el interior de la estructura de confina-miento (en la barrera de arcilla o incorporados alos calentadores), o a los sensores e instrumentosexternos.

Como características específicas de los sensoresutilizados se destacan:

ü Temperatura: termo-resistencia PtlOO, He-raus, montada a cuatro hilos y medida con

una fuente de corriente limitada para evitarel autocalentamiento del sensor. Instalada envaina de Inconel o en tornillos especiales,con sellado de epoxy y cable de silicona.

• Presión total: bandas extensométricas de se-miconductor, Kulite 0234, rango 50 bar SG,sobrepresión 200%, rango compensado detemperatura -20/100°C. Construido en AISI316L con cable de Teflon y prensaestopas.

• Presión de fluido: bandas extensométricas desemiconductor, Kulite HKM375, rango 50bar SG, sobrepresión 200%, rango compen-sado de temperatura -20/100°C. Construidoen AISI 316L con cable de Teflon y prensaes-topas. Protección exterior en AISI 31 6L confiltro.

Q Humedad relativa: transmisor de temperaturay HR, Vaisala HPM233, con sensor capaciti-vo HUMICAP® (rango del 0 al 100% HR) ysensor de temperatura PtlOO 1/3 (hasta120°C). Construido en plástico ABS con filtrode AISI 31 6L y cable de Teflon. Protecciónexterior en AISI 31 ÓL y epoxy.

• Bandas extensométricas exteriores: bandasextensométricas, HBM; impedancia 350 Í2, ómm de longitud, excitación 12 VCC. Coloca-das a 90° y en configuración de V2 puente.Protección por lámina de PVC y aluminio.

La instrumentación asociada al sistema de hidra-tación y al sistema de control de calentadores hasido descrita anteriormente.

4.6.2 Descripción de la distribuciónde los sensores de la barrera de arcilla

Los sensores en la barrera de arcilla se han agru-pado en 25 secciones de instrumentación, distri-buidas entre las dos zonas en que se ha dividido elensayo, cada una de ellas con un calentador: A yB. La sección AB coincide con el plano verticalcentral. Cada zona lateral tiene 12 secciones deinstrumentación, denominadas Ann o 8nn, en fun-ción de la mitad a la que correspondan (A o B) yde la distancia al plano central, siendo nn el ordi-nal de instalación.

En la Figura 4.5 se muestra la distribución de lassecciones de instrumentación, con las dos zonas aambos lados del plano central.

119


Parámetro

Temperatura

Temperatura de la sala

Presión de inyecciónmanómetropresión de agua

Presión totalradialtangencialaxial

Presión de fluido

HR + temperatura

Bandas extensométricas

Valores del PLCtemperaturatemperatura mediapotencia

Voltaje CC

Totales

Tabla 4.4Sensores instalados en el ensayo en

Tipo de sensor

RTDPtlOO

RTDPtlOO

DIGIBARIIDRUCK1400PTX

KULITE BG0234KULITE BG0234KULITE BG0234

KULITE HKM375

VAISALA HMP233

HBM

RTDPtlOOcálculocálculo

Bentonita

328

141422

20

40

438

"maqueta"

Zona

Estructura

20

2

19

41

Exterior

1

1

1822

2

26

Total

348

1

12

141422

20

40

19

1822

2

505

Otros sensores han sido instalados en la estruc-tura o en los sistemas auxiliares exteriores (comolas sondas de temperatura y las bandas extenso-métricas sobre la estructura), o los sensores de lossistemas de hidratación y de control de los calenta-dores (que registran la presión y la masa del aguainyectada, y la temperatura de los calentadores).

4.6.3 Codificación de los sensores

Como sistema de referencia para describir la dis-tribución de los sensores en cada sección de instru-mentación, se han elegido coordenadas cilindri-cas. En este sistema de coordenadas (R, 9, Z), seha tomado el origen O en la intersección del pla-no AB con el eje longitudinal de la estructura (eje

Z). Las variables siguen las reglas del sistema decoordenadas: valores de R crecientes desde el ejeZ, valores de 8 crecientes, desde su radio de refe-rencia (radio vertical superior de cada sección), y Zcreciente desde el origen O hacia la zona B (Figu-ra 4.6).

La codificación de los sensores sigue estas reglasgenerales con contadas excepciones. Se puedendefinir cuatro grupos principales de señales prove-nientes de la barrera de arcilla, de los calentado-res, de la superficie de la estructura, y de los sen-sores e instrumentos en el exterior.

4.6 .3 .1 Sensores en la barrera de arcilla

La codificación de los sensores en la barrera dearcilla se indica a continuación. Cada sensor insta-

120


Zona A

Plano central

iZonaB

i1}

¡a

f

- V\ ™

Ci

• * (

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H 9

odor

B

A

MB a

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3 E Er3 -

H

It12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 i 5 6 7 8 9 10 11 12

AB

Figura 4.5. Distribución de las secciones de instrumentación.

Plano AB

Figura 4.6. Sistema de coordenadas en el ensayo en "maqueta".

121


lado está identi f icado por un código al fanuméricodel t ipo siguiente:

a a _ (3(3 nn_ kj

aoc: Cód igo del t ipo de sensor, conforme a es-tas claves: T (temperatura), PR (presión ra-dial total), PT (presión tangencial total), PZ(presión axial total), H (presión de fluido) yV (humedad relativa y temperatura).

PP: Designación de la zona de instalación enel estructura, según las claves: A (zona A),B (zona B) y AB (plano intermedio AB).

nn: Número de orden de instalación de lasección de instrumentación en cada zonaPP. Los valores van de 1 a 1 2 , incremen-tándose según se alejan del p lano inter-medio AB.

k: Número de orden radial dentro de la dis-tr ibución correspondiente. Los valores vande 1 hasta 4 según aumenta el radio.C o m o caso especial, en las distribucionesde sensores de presión, el número está l i -mi tado al valor 3 , y se corresponde con ladiferentes zonas de la sección: núcleo (1),corona interior (2) y corona exterior (3).

/: Número de orden angular dentro de ladistribución correspondiente. Los valoresvan de 0 hasta 7 según aumenta el ángu-lo. En las distribuciones de sensores depresión, como caso especial, el númeroestá l imitado a los valores 1 y 2 , y se utili-zan sólo en caso de igualdad en el restodel cód igo.

4.6.3.2 Sensores de temperatura en los calentadores

Los sensores están situados en la superficie delcalentador, distribuidos en tres secciones situadascerca de la tapa frontal (sensores numerados del 1al 4), en la zona de control (sensores numeradosdel 5 al 8), y en la tapa del fondo del calentador(sensor número 9). Los sensores se distribuyen a90° en cada sección, en una franja menor de 0,02m. La sección de control está en la zona central delcalentador y proporciona el valor medio de tempe-ratura para calcular la potencia a suministrar alcalentador.

Estos sensores no siguen la regla general de co-dificación; están identificados por el siguiente códi-go alfanumérico:

C PT# a

C_PT: Calentador-punto de temperatura.

# : Número de orden de instalación en el ca-lentador, con valores de 1 a 9.

a: Calentador, según la clave: A (calentadorinstalado en la zona A) y B (calentadorinstalado en la zona B).

4.6.3.3 Sensores de temperatura en la superficiede la estructura de confinamiento

Asociados con la posición de los puntos de me-dida de deformación, se instalaron, algún tiempodespués del comienzo del ensayo, veinte sensoresde temperatura en la superficie exterior de la es-tructura de confinamiento.

Estos sensores no siguen la regla general de co-dificación; están identificados por el siguiente códi-go alfanumérico:

T_a_#

T: Temperatura.

a: Zona de instalación en la estructura, según laclave: A (zona A) y B (zona B).

# : Número de orden de la instalación, con valo-res de 1 a 10.

4.6.4 Probetas metálicas para estudiode la corrosión

En la barrera de arcilla se han introducido unasprobetas de acero al carbono, acero inoxidable, ti-tanio, cobre, y soldaduras de los mismos metales,con el fin de analizar su posible corrosión en unascondiciones que pueden considerarse próximas alas esperadas en un almacenamiento. Las probetasfueron preparadas por INASMET (San Sebastián) yconsisten en un soporte o "rack" de Teflon sobre elque van montadas las probetas metálicas.

4.6.5 TrazadoresPara obtener información complementaria sobre

la hidratación de la barrera de arcilla, sobre losprocesos de interacción agua-bentonita y los pro-cesos de transporte, se han instalado trazadores,disueltos en el agua de hidratación o alojados enla bentonita por diferentes medios (muestras com-pactadas, cápsulas metálicas y papel de filtro im-pregnado). Los trazadores utilizados son conserva-tivos y no conservativos. Su distribución y los perfi-

122


les de concentración se estudiarán sobre muestrasobtenidas durante el desmantelamiento (Tabla4.6).

4.6.6 Sistema de adquisición de datos (SAD)

El SAD comprende todos los componentes eléc-tricos, electrónicos, y los programas de ordenadornecesarios, para supervisar, registrar y almacenar,de una forma autónoma, en un soporte magnéticoseguro el conjunto de datos extraídos del ensayo.Proporciona la conversión de las señales analógi-cas de los transductores en datos numéricos. Dis-pone de las capacidades necesarias para el análi-sis, presentación y almacenamiento durante largosperíodos de tiempo (años) de los datos obtenidos.

El sistema está pensado para:

Zl Adquisición, adaptación, visualización y re-gistro de todos los datos generados por lainstrumentación instalada, en tiempo real.

• Funcionamiento automático del ensayo, sinnecesidad de personal de vigilancia perma-nente.

Zi Generación de una base de datos maestra(BDM) del ensayo.

Es un sistema distribuido comercial basado enmódulos procesadores conectados entre sí me-diante una línea serie de alta velocidad RS-422 ycon un PC mediante una línea serie RS-232C.Cada módulo de proceso posee su propio con-vertidor A/D y controla las entradas de señales físi-camente próximas.

4.6.6.1 Elementos del SAD

El SAD se compone de los siguientes elementosprincipales:

Unidades de proceso del SAD

Es un sistema de FLUKE que consta de cinco es-taciones de proceso HELIOS I (una estación maes-tra, modelo 2289 , y cuatro esclavas, modelo2281). El módulo principal, que controla todo elsistema (Figuras 4.7 y 4.8), tiene las siguientes ca-racterísticas: convertidor A /D de 18 bits, 140 ca-nales de medida VCC y 400 canales de medida determorresistencias. Las estaciones llevan incorpora-do un microprocesador con memoria RAM y ROM,que les proporciona inteligencia local. Esto poten-cia y facilita la labor de control del PC.

Ordenador del SAD

Un ordenador tipo servidor PC es el centro decontrol del SAD. Se tiene en reserva un PC comoéste, duplicado en sus configuraciones de equipo yprogramas, en previsión de posibles fallos. En él sereproduce periódicamente la base de datos, comose indica en el apartado siguiente.

El PC del SAD está conectado simultáneamente,vía RS-232C, con el módulo principal de procesodel SAD y con el autómata programable del SCC(Figura 4.9), para obtener la información, a regis-trar, del calentador. Se alimenta a través de un sis-tema de alimentación ininterrumpida (SAI) paragarantizar la estabilidad de la alimentación y la se-guridad de los datos frente a picos de tensión o fa-llos en el suministro eléctrico.

Este ordenador funciona de forma inde-pendiente, aunque periódicamente se estableceuna red local para permitir ciertas operaciones demantenimiento y de transferencia de ficheros.

Sistemas de acondicionamiento de señal y protección contrasobretensiones y/o falta de suministro eléctrico

El sistema básico de adquisición de datos admiteentradas y salidas en formato estándar (tensión,corriente, termorresistencias) y está conectado di-rectamente con el ordenador del SAD mediante unenlace serie específico. Algunos sensores necesitansubsistemas de acondicionamiento de señal adap-tados específicamente.

La protección eléctrica de la instrumentacióncontra sobretensiones de alimentación se obtiene através de un SAI. Además, cada equipo de acondi-cionamiento de señal cuenta con una protecciónadecuada contra sobretensiones: todos los ele-mentos metálicos están conectados a líneas de tie-rra no compartidas.

El SAI utilizado es el modelo COMET SI 1 5KVAde la firma MERLIN-GERIN. Este equipo funcionabajo el esquema "en línea", es decir, la tensión desalida está aislada y filtrada de la de entrada y conlas baterías en tampón, con lo que se reducen almínimo las perturbaciones propias de la red. El SAIse ha dimensionado para trabajar, en condicionesnormales, a un 10% de su potencia nominal y se leha dotado de un conjunto de baterías auxiliarescon el objetivo de aumentar su autonomía, encaso de fal lo, hasta aproximadamente 2 horas.

123


APLICACIONES

ENTRADAS:TemperaturaPresiónDeformaciónTensión

PC del SAD

RS-232C

Procesadores HELIOS

CorrienteResistenciaFlujoFrecuencia

SAUDAS:AlarmasRelésVálvulasConrroladores

Motores

Figura 4.7. Estructura del SAD distribuido HELIOS. Intetfaz aplicación - PC de control.

Hasta un kilómetro

Salidas/\ 1 Entradas

i~zisp> Salidas/\ i Entradas

mía» SolidasZ 1 1 Entradas

Hasta 15 chasis conectadospara expansión máxima1500 canales de E/S con

convertidores A/D remotos

Figuro 4.8. Estructura del SAD distribuido HELIOS. Configuración general del sistema.

124


Transformadorde aislamiento

Resistenciasdel calentador

Acondicionamientode señal

Figuro 4.9. Sistemo de control de calentadores (SCO. Esquema general.

Sistema de comunicaciones

La comunicación de datos entre el ordenador delSAD y las unidades de proceso del SAD y el SCC,se realiza a través de dos líneas tipo serie RS-232Cconvencional. La comunicación entre el SCC y elPC del SAD transmite los valores de control. La co-municación entre las unidades de proceso del SADse realiza mediante una línea serie especial de altavelocidad RS-422.

El autómata del SCC dispone de otro puerto se-rie conectado con otro PC (PC de control de loscalentadores), que sirve para la visualización delas alarmas y de otros parámetros del autómata notransmitidos al SAD.

Este PC dispone del software adecuado para en-viar instrucciones directas al autómata, así como elenvío de un nuevo programa de trabajo para sufuncionamiento autónomo.

En la transmisión de los datos entre el ordenadordel SAD y otros ordenadores, para su tratamientoposterior, se utiliza un programa genérico de envíode ficheros por FTP (file transfer protocole), a tra-vés de la red instalada en el edificio.

4.6.6.2 Software

Las labores de monitorización y control se reali-zan con un sistema cliente-servidor SCADA (Soft-ware para Control de supervisión y Adquisición deDatos) comercial, de tipo genérico, denominadoFIX DMACS de la firma INTELLUTION Inc. (USA).Además de proporcionar la total integridad de losdatos, FIX DMACS realiza también las siguientesfunciones:

Supervisión y visualización del ensayo

Las características gráficas de FIX han permitidocrear pantallas personalizadas para la visualiza-ción de parámetros y la supervisión del ensayo. Es-tas pantallas se pueden extraer para documentarlos procesos; y en ellas pueden incluirse otras in-formaciones como parámetros en tiempo real, re-súmenes de alarmas, histogramas y otros gráficos.En las Figuras 4.10 y 4.1 1 se presentan dos ejem-plos de las pantallas utilizadas.

Almacenamiento de datos y generación de informes

Los datos se almacenan en ficheros generadospor el SCADA, en los que se recogen los datos ob-

125


lili Vi I:V/ Al.imr. i'niiiiii inil<; A|iplii .itinir. l)|il¡mr Hi-lp

Maqueta

PLC

Alarmas

Q J Alarma tie RTD

( j Fuenía de Alimentación

Anomalía en calefacción

¡ Tanque 2 J11.5JJ 408.6 TanqueT

2 3 . 0 Fuente de 24V

1 0 . 0 Fuente de 10V

Figura 4.10. Control general del ensayo. Datos y elementos accesibles.

File View Alarms Commands Applications Options Help

Calentador B Calentador A Planta

Figura 4.11. Datos y elementos accesibles de los calentadores.

126


tenidos durante 4 horas (6 ficheros por día), conun frecuencia mínima de 30 minutos (el SCADA nopermite recoger lecturas con un espaciado tempo-ral mayor). El programa dispone de su propia basede datos interna, que se reproduce periódicamen-te, de forma idéntica, en el ordenador dupl icado.

Las características de FIX DMACS permiten lamultitarea de tratamiento, transmisión y back-upde datos históricos sin destruir el registro de datoso la gestión de alarmas en curso.

Los archivos históricos permiten registrar, a lma-cenar, visualizar los datos del proceso y analizarlas relaciones entre variables. Los datos almacena-dos se distribuyen como informes periódicos parael estudio de procesos.

Los datos transferidos se tratan con el programaEXCEL 5.0 de MICROSOFT®

Comunicaciones

Se han desarrollado protocolos específicos decomunicación entre el ordenador del SAD, la esta-ción principal del SAD y el PLC del SCC.


La instalación de la instrumentación y del SAD hasido realizada por CIEMAT.

Los unidades de proceso son de la casa FLUKE(USA), que cuenta con los certificados pertinentesde calidad. El certificado de características ha sidosuministrado por el fabricante del SAD, garantizan-do que el equipo se encuentra dentro de sus espe-cificaciones. Está previsto realizar verificacionesanuales.

Se cuenta con los registros de verificación o cali-bración de los sensores. La instalación de las pro-tecciones de los sensores de temperatura fue reali-zada por HERTEN S.L., inspeccionada por CIEMAT.

No se ha realizado una calibración sistemática delos equipos, pero la mayor parte de ellos se han re-cibido con certificados de calibración rastreablespor parte del fabricante o del suministrador.

Los sensores fueron sometidos a inspección en larecepción. En laboratorio se comprobó al menosun punto de medida, e inmediatamente después seconectaron con el SAD. Cuando se detectaba al-gún problema, el sensor era sustituido. Las cone-xiones entre cable y sensor se comprobaron, tam-bién en ensayos de laboratorio, durante la verifica-ción del sensor o en ensayos específicos.

Se han aplicado los criterios y procedimientos decontrol de calidad aprobados para el proyecto y sehan redactado los documentos requeridos.

4.7 Montaje del ensayo

Se recogen a continuación los diferentes aspec-tos relacionados con el montaje del ensayo.

4.7.1 Edificio e infraestructura

La infraestructura y servicios generales se instala-ron durante la construcción del edificio, diseñadoespecialmente para el ensayo. Se ha construidouna placa de cimentación con características espe-ciales, capaz de soportar los esfuerzos inducidospor la masa total de la "maqueta": alrededor de60 t. Sobre la placa se asientan tres soportes me-tálicos, que fueron nivelados antes de colocar laestructura de confinamiento.

4.7.2 Estructura de confinamiento

En este apartado se resumen las operacionesrealizadas antes de proceder a la instalación de labarrera de arcilla.

4.7.2.1 Transporte e instalación

Los dos módulos que forman la estructura, ya en-samblados, fueron transportados por carreterahasta CIEMAT. Su colocación sobre los tres sopor-tes se hizo con una grúa de 35 t de capacidad (Fi-gura 4.12). La instalación se realizó antes del cie-rre del edificio, debido a las grandes dimensionesy dificultades de manejo de la estructura.

4.7.2.2 Limpieza

De acuerdo con el PPI y debido a las condicio-nes de entrega de la estructura, sometida a prue-bas de acabado de las soldaduras y pruebas depresión y de estanqueidad, su limpieza se efectuódespués de instalada.

En la limpieza se utilizaron detergentes y agua apresión para eliminar todos los restos de líquidos,grasas y sólidos adheridos, especialmente en la su-perficie interna y en las perforaciones. Tras la lim-pieza se mantuvo protegida con láminas de plásti-

127


\

7 \i !

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Figuro 4.12. Instalación de la estructura áe confinamiento.

co hasta comenzar la instalación de los compo-nentes internos.

4.7.2. 3 Conexión y pruebas de estanquidaddel sistema de hidratarían

Después de conectados a la estructura los ele-mentos externos del sistema de hidratación, me-diante las boquillas de inyección, se hicieron laspruebas de estanqueidad del sistema. Las pruebasse realizaron con nitrógeno a presión de hasta 35kg/cm2. Incrementando la presión, se verificó tam-bién el disparo de las válvulas de seguridad (tara-das a 38 kg/cm2).

4.7.2.4 Limpieza de las boquillas

La limpieza de las 48 boquillas de inyección sehizo por soplado con nitrógeno a alta presión;para ello se aprovechó el nitrógeno utilizado en laspruebas de estanqueidad.

Después se procedió al llenado de los tanquescon agua y a su vaciado a presión a través de lasboquillas. El llenado ha permitido comprobar la

128

capacidad total de los depósitos (660 litros) y larespuesta de las células de carga utilizadas para elcontrol de la masa de agua inyectada.

4.7.2.5 Colocación del sistema de filtro

Para proteger los orificios de hidratación del po-sible taponamiento producido por el hinchamientode la bentonita, se han instalado en cada uno deellos dos filtros de acero inoxidable de 0 ó,25mm, con tamaños de poro equivalentes a 100 y60 mieras, respectivamente. Sobre los filtros se hancolocado discos de 0 20 mm, de malla 100 deacero inoxidable; y, sobre estos discos se han co-locado otros de 0 25 mm, del mismo geotextil queforma la superficie de hidratación adosada a la su-perficie interior de la estructura de confinamiento.

4.7.2.6 Superficie de hidratación

El último paso en la preparación de la estructurade confinamiento fue la colocación del geotextilcon el fin de conseguir una hidratación homogé-nea de la barrera de arcilla.


La cubierta de geotextil que tapiza toda la super-ficie cilindrica interna de la estructura de confina-miento tiene un espesor de unos 6 mm y está com-puesta por cuatro láminas, colocadas de forma a l -ternativa y con solapes para evitar la formación decaminos preferentes para el agua y la salida de labentonita. Durante el montaje se utilizaban sopor-tes para mantener la configuración cilindrica delrecubrimiento de geotextil y su contacto con la su-perficie de la estructura. Se tuvo especial cuidadoen evitar la contaminación del geotextil durante elmontaje; por este motivo se trabajaba siempre so-bre una cubierta de protección, que se retirabaprogresivamente al avanzar el proceso.

El geotextil se ha perforado en los orificios de lassalidas de cables con una corona dentada ( 0 30mm). Estas perforaciones han servido de guía parasituar correctamente cada rebanada de bloques debentonita, pues permitían controlar el alineamientoy conocer y corregir las posibles desviaciones du-rante el montaje de la barrera de arcilla.

4.7.3 Instalación de la barrera de arcilla


Antes de proceder a la instalación definitiva de labarrera de arcilla, se realizaron pruebas prelimina-res de montaje, que han servido para: optimizar elproceso de colocación y ensamblado de bloques;comprobar la estabilidad de las rebanadas debentonita y decidir la forma de comenzar el mon-taje; y evaluar el huelgo diametral que se acumulaen la zona superior de la barrera, por efecto delpeso y de la propia secuencia de colocación de losbloques (de abajo hacia arriba). Este huelgo de lazona superior es de unos 15 mm, medido en senti-do radial entre la barrera y el geotextil.

4.7.3.2 Montaje de un soporte central para iniciarla instalación de los bloques

Como resultado de las pruebas preliminares, sevio la necesidad de iniciar la construcción de labarrera de arcilla contra un soporte rígido, quegarantizase la verticalidad de la primera rebanadade bloques y el ajuste de todos ellos sobre el planocentral.

Con este fin se construyó un soporte circular demadera, de diámetro igual al interior de la estruc-tura de confinamiento, que se instaló en el planomedio AB. Una vez ajustada la verticalidad del so-

porte, se fijó a la estructura y se inició el montajedel módulo A; el soporte se mantuvo hasta el co-mienzo del montaje de bloques en el módulo B.

4.7.3.3 Montaje de la barrera de arcilla

El montaje se ha realizado manualmente por re-banadas de bloques. En la instalación de cada re-banada se seguía la secuencia de colocación debloques indicada por la numeración de la Figura4.13.

Con esta secuencia se consigue formar las zonasinferiores de cada anillo, continuar con la zona la-teral del anillo externo, cerrar el anillo interior,completar el anillo externo y, finalmente, cerrar elnúcleo en las zonas en que no hay calentador.

Las 48 rebanadas de bloques que componen labarrera de arcilla se identifican por su situación enel módulo (A o B) que aloja a cada uno de los ca-lentadores, y por el número de orden que ocupandesde el plano AB hasta los extremos de la estruc-tura (de 1A a 24A, y de 1 B a 24B). En total se hannecesitado 908 bloques, con un masa total debentonita cercana a los 22500 kg.

Las rebanadas se montaban con las coronas ensentidos alternos, para contrarrestar la posible in-clinación de las mismas (Figura 4.14).

4.7.4 Instalación de los calentadores

Para la inserción de los calentadores, de unos600 kg cada uno, se construyó una mesa de rodi-llos que permitiera alinear el calentador con su alo-jamiento en la barrera de arcilla, e introducirlo conun deslizamiento fácil. En la Figura 4.15 se mues-tran distintos momentos de la inserción y el buenajuste entre los calentadores y su alojamiento.

Debido a las inevitables irregularidades en elalojamiento, y a la fricción entre el calentador y losbloques de arcilla, fue necesario aplicar un empu-je, por medios mecánicos, para la inserción de loscalentadores.

4.7.5 Instalación de sensores

Los sensores se han instalado, según la disposi-ción prevista, al terminar el montaje de bloques dela rebanada correspondiente. Para cada sensor seha perforado o labrado su alojamiento en la ben-tonita, procurando que la holgura fuera mínima.

129


Figuro 4.13. Esquema de la secuencia de montaje de uno rebanada de lo barrera de arcilla.

Los vacíos y cierres se rellenaban con masa debentonita.

Los cables se han guiado a través de canales la-brados en la superficie de los bloques. Se procura-ba no tensar los cables para reducir las deforma-ciones esperadas por la expansión de la arcilla, yse han evitado curvas bruscas y el apoyo sobre su-perficies cortantes.

Los cables, por grupos (cuatro cables para los detemperatura y dos para los restantes), atraviesan laestructura de confinamiento por las 1 86 penetra-ciones previstas, a través de un mecanismo de cie-rre hermético.

La mayor parte de los cables de los sensores es-tán colocados en el contacto entre bloques debentonita.

Los sensores de presión se han montado en el in-terior y en el contacto entre bloques, y se han dis-puesto de forma que permitan medir las presionesde hinchamiento generadas por la barrera de arci-lla, en las tres direcciones del sistema coordenadoelegido (identificadas como PR, PT, PZ). Estánagrupados sobre una misma distancia radial, y a

130

cada grupo está asociado un sensor de presión defluido (Figura 4.16)

4.7.6 Instalación de probetas para estudiode la corrosión

Estas probetas están situadas cerca de los calen-tadores, en la zona central e inferior, donde lascondiciones de humedad y temperatura puedenser más críticas. Para ello se practicaron los aloja-mientos en los bloques de bentonita correspon-dientes y se rellenaron los vacíos con bentonita (Fi-gura 4.1 7).

Se montaron dos juegos completos, en la seccióncentral del calentador B (rebanadas B9 y B10).

4.7.7 Instalación de trazadores

Los trazadores que impregnan un papel de filtro,se han instalado en superficies de contacto entrebloques (corona externa y corona interna); y losque van en cápsulas de metal sinterizado o incor-porados en tapones de bentonita compactada,


Rebanadas situadas entre los dos calentadores

Rebanadasn°: 1 y 3 Rebanada n° 2

Rebanadas situadas en zona de calentadores

Rebanadas n°: 4,6,8,10,12,14 y 16 Rebanadas n°: 5,7,9,11,13 y 15

Rebanadas situadas entre calentadores y extremos de la maqueta

Rebanadasn°:17,19,21y23 Rebanadas n°: 18,20,22 y 24

Figura 4.14. Forma de instalación de las rebanadas de bloques.

131


• w ;

. / 5 . teeraon rfe /05 calentadores. Mesa de rodillos (arrita), calentador Á {¿bojo izq.) y calentador B (abajo der.).

.¡i:

132

Figura 4.16. Detalle de la instalación de los sensores de presión.


con ubicación cuasi puntual, se han alojado en ta-ladros practicados en los bloques de bentonita (Fi-gura 4.18), en dirección paralela al eje longitudi-nal de la estructura.

4.7.8 Control y garantía de cali

El montaje de la barrera de arcilla fue realizadoy controlado por CIEMAT, de acuerdo con el pro-cedimiento aprobado.

La densidad seca media de la barrera de arcillase ha considerado un parámetro fundamental decontrol con el objeto: de no superar la presión de

hinchamiento utilizada en los cálculos de los com-ponentes (6 MPa para 1,65 t/m3); de no bajar delmínimo considerado tolerable de 1,4 t/m3 ; y depoder utilizarlo como parámetro básico en las mo-delaciones.

Para ello, se ha controlado y registrado la masade los bloques instalados, y se ha deducido la pér-dida de masa debida al mecanizado, tallado yperforación de bloques para la instalación de sen-sores, el paso de cables, y el ajuste de bloques.Esto ha permitido el cálculo de la densidad secamedia y el volumen de huecos de cada rebanadacolocada en la barrera de arcilla.

Figuro 4.17. instalación de las probetas de corrosión.

V *

_J

Figura 4.18. Método de instalación de ios trazadores en cápsulas.

133


Se conoce, por tanto, la variación de estos paró-metros en toda la longitud de la barrera de arci l la,representados en la Figura 4 . 1 9 , y se han calcula-do los valores medios para el conjunto de la barre-ra: 1,65 t / m 3 de densidad seca y 6,25 % de vo lu-men de huecos. Estos valores están de acuerdocon las previsiones iniciales.

Por otra parte, se ha registrado la posición de to -dos los sensores, por lo que se dispone de unabase de datos con sus coordenadas reales de ins-ta lac ión.

Después del montaje se hacía un control visualdel acabado de cada rebanada, el registro de lasanomalías, y un registro fotográf ico para archivo.

4. ación

4.8.1 ! ermo-hídro-meconíca

n vosEste apartado contiene una síntesis de los análi-

sis termo-hidro-mecánicos (THM) acoplados del

ensayo en "maqueta" realizados por el grupoUPC-DIT durante la fase preoperacional. Una des-cripción más detallada de los análisis efectuados yde los resultados obtenidos se presenta en [1 5].

La diferencia básica entre el ensayo en "maque-ta" y el ensayo "in situ" es la ausencia de la com-plejidad adicional introducida por la presencia deun macizo rocoso. De esta forma, los distintosprocesos que ocurren en la barrera de arcilla sepueden observar más fácilmente. Uno de los obje-tivos del ensayo en "maqueta" es estudiar losefectos termo-hidro-mecánicos mediante la apli-cación de gradientes térmicos e hidráulicos en elmaterial arcilloso de la barrera e identificar, deesta forma, los procesos más relevantes y determi-nar los parámetros críticos. La ejecución de análi-sis numéricos es una herramienta básica para al-canzar estos fines.

Los resultados de los análisis que aquí se resu-men pueden considerarse como la mejor estima-ción de la evolución del ensayo de acuerdo con elestado actual de los modelos y con la informacióndisponible. En consecuencia, el conjunto de resul-tados obtenidos constituyen el punto de partidapara futuros desarrollos y mejoras del modelo.

- Densidad seca

- Densidad seca media

Rebanadas

Huecos

Valor medio de huecos

— f f l — Densidad húmeda

Densidad húmeda media

Figura 4.19. distribución de densidad y volumen de huecos en la barrera de arcilla.

134


Los análisis que se describen han incorporadouna serie de mejoras respecto de los realizados enfases anteriores:

-1 Como se indica en el Apartado 3 . 1 1 . 1 . 1 , elcomportamiento mecánico de la bentonita secaracteriza por una ley constitutiva termo-elasto-plástica en vez de usar una ecuaciónde superficie de estado.

- I Se han llevado a cabo análisis termo-hidro-mecánicos acoplados bidimensionales (2-D).

—I Se han usado mallas más refinadas en losanálisis 2-D, reproduciendo de forma másprecisa la geometría real del ensayo.

—I Se ha ejecutado un programa de estudiosparamétricos más amplio.

^ Se ha efectuado un número limitado de aná-lisis para evaluar los efectos del procedi-miento adoptado para la hidratación inicialdel ensayo. Estos cálculos incorporan ele-mentos-junta recientemente desarrollados.

4.8.1.2 Características de los análisis

La formulación básica, el código de ordenador,las leyes constitutivas y los parámetros utilizados sehan discutido brevemente en el Apartado3.11.1.2. En este apartado sólo se incluye infor-mación sobre las condiciones iniciales y de contor-no específicas del ensayo en "maqueta".

Condiciones de contorno

Se ha impuesto una presión de agua constanteigual a 0,55 MPa en la interfaz entre la estructurade confinamiento y la bentonita (radio = 0,808 m).

Las condiciones térmicas de contorno en r =0,15 m, coordenada radial de las resistencias delcalentador, son las siguientes:

• 0-6 díaspotencia constante 250 W/calentador

Q 6 días - t;oopotencia constante 500 W/calentador

Q >hooT = 100°C

tjoo es el instante en que la temperatura alcanzalos 100°C en algún punto de la bentonita. Depen-diendo del análisis, varía entre 7,7 y 11,1 días.

En el contorno exterior, se ha utilizado una con-dición de radiación/convección propuesta porCIE-MAT. Por último, se ha prescrito un borde sin ten-siones en la superficie externa de la estructura deconfinamiento.

Condiciones iniciales

Antes del inicio del calentamiento, la barrera dearcilla de la "maqueta" fue inundada con el fin decerrar las ¡untas entre los bloques de bentonita.Esta etapa preliminar no se consideró en el trabajode modelación, ya que el programa de análisis seinició antes de que se adoptase una decisión finalsobre la forma de iniciar el ensayo. Por tanto, lascondiciones iniciales indicadas aquí se refieren alestado de la "maqueta" sin la inundación prelimi-nar. En el Apartado 4.8.1.4, se presenta un análi-sis que intenta simular, de una manera aproxima-da, ios efectos de la etapa de inundación. Las con-diciones iniciales para estos cálculos adicionales sepresentan más adelante.

Con estas salvedades, las condiciones inicialesadoptadas para el programa de análisis numéricoson:

CJ La humedad inicial es del 14,0%. Esto co-rresponde a un grado de saturación del58,6% y, de acuerdo con la curva de reten-ción adoptada, a un valor inicial de succiónde 107,15 MPa.

LJ Se estima una temperatura inicial uniformede 21 °C en todo el dominio modelado.

1-1 Para las tensiones iniciales, se adoptó un va-lor isótropo de 0,11 MPa, aproximadamenteigual al peso de la bentonita en el diámetromedio de la barrera. Se adoptó un valor dedensidad seca de 1,70 g/cm , igual al valorque estaba inicialmente previsto. La medidade densidad seca, incluyendo todos los va-cíos en la barrera, se acerca de hecho al va-lor 1,65 g/cm3. Este valor se ha utilizado enuno de los estudios paramétricos, pero lamayoría de los análisis se han realizado conel valor indicado de 1,70 g/cm3.

4.8.1.3 Análisis THM

El análisis del ensayo en "maqueta" hace posiblecalcular los efectos del calentamiento y de la hi-dratación de la barrera sin las complejidades adi-cionales causadas por la presencia de la roca. Losresultados del Caso Base unidimensional (1-D) seutilizan para proporcionar una descripción básicade los resultados de los análisis. Para su ejecución,se adoptó una discretización 1 -D semejante a lautilizada en el análisis del ensayo "in situ" (Aparta-do 3.11.1.3). Naturalmente, la malla ahora inclu-ye sólo el calentador, la barrera de arcilla y la es-tructura de confinamiento.

135


Las distribuciones de temperatura a través de labarrera de arcil la a varios t iempos se presentan enla Figura 4 . 2 0 . En 7,7 días se alcanzan los 100°Cen la bentonita y, a cont inuación, el campo térmi-co permanece en una condic ión casi estacionaria.

Las variaciones del grado de saturación para trespuntos representativos en la barrera de bentonita(cerca del calentador, en la parte central de la ba-rrera y cerca de la estructura de confinamiento) seindican en la Figura 4 . 2 1 . Se puede observarcómo llega a la saturación un punto cercano a laestructura de conf inamiento. En contraste, el áreacerca del calentador se seca sin que se aprecieninguna hidratación posterior. La parte centralexhibe inicialmente un pequeño aumento en elgrado de saturación, como consecuencia de latransferencia de humedad por la difusión del va-por. Más tarde se observa una pequeña hidrata-c ión.

Para observar el progreso del proceso de hidra-tac ión, se d ibu jan, en la Figura 4 . 2 2 , las distribu-ciones del grado de saturación en la barrera paravarios t iempos. Es evidente que después de tresaños la mayor parte de la barrera todavía no estásaturada.

Las variaciones de porosidad inducidas por loscambios de temperatura, presión de agua y tensio-nes se muestran en la Figura 4 . 23 . Se puede ob -servar que la bentonita que se encuentra cerca dela estructura de conf inamiento hincha, mientrasque la que se halla cerca del calentador se con-trae. De hecho, hinchamiento y contracción se de-ben compensar ya que los movimientos del calen-tador y de la estructura de conf inamiento son muypequeños (Figura 4 .24) . La mayor parte de loscambios de porosidad ocurren durante la parte ini-cial del ensayo.

Respecto de las tensiones radiales se observa uncrecimiento cont inuo y aproximadamente unifor-me, que casi alcanza el valor de la presión de hin-chamiento. Hay que tener en cuenta que los pará-metros que definen el comportamiento mecánicocorresponden a una densidad seca mayor que ladensidad global de la barrera. Por tanto, las ten-siones calculadas pueden estar sobrestimadas.Otros hechos que pueden afectar el desarrol lo delas tensiones radiales en el ensayo real son la pre-sencia del geotextil en la interfaz entre la estructurade conf inamiento y la barrera y la presencia poten-cial de ¡untas que hayan persistido entre los blo-ques de bentonita.

También se llevó a cabo un programa de estu-dios paramétricos en el ensayo en "maque ta " para

verificar el efecto de una serie de parámetros. Unejemplo de los resultados obtenidos se muestra enla Figura 4 . 2 5 , donde se examina el efecto de lautilización de una curva de retención alternativa sinhistéresis para la bentonita (análisis SH). Se puedeobservar que la barrera prácticamente se satura alcabo de tres años de ensayo.

Se realizó también un análisis axisimétrico 2 -Dde una sección longi tudinal . C o m o en el caso delensayo " in si tu", se obt ienen los mismos resultadoscualitativos que en el caso 1 - D , aunque se obser-van algunas diferencias cuantitativas debidas pr in-cipalmente a la disipación lateral del campo detemperaturas.

4.8.1.4 Análisis incluyendo inundación inicial

Una modelación adecuada de los posibles efec-tos de la inundación inicial llevada a cabo antesdel calentamiento del ensayo en "maqueta" re-quiere técnicas computacionales especiales paratener en cuenta las heterogeneidades inherentes alproblema. Hasta el momento, sólo se han realiza-do algunos análisis preliminares. Aunque los resul-tados ilustran muy claramente los efectos de lainundación, éstos deben tratarse con prudenciahasta su confirmación mediante nuevos análisis.

Se considera una rebanada correspondiente alespesor de un bloque. La malla utilizada en elanálisis se muestra en la Figura 4.26. En direcciónradial el número de elementos es el mismo que enel caso 1-D. Sin embargo, se han colocado 10elementos en dirección transversal a los bloquespara considerar la no homogeneidad de las varia-bles en esa dirección. La característica más impor-tante del análisis es la adopción de elementos-jun-ta acoplados en los cuatro bordes de la malla.Además, se ha introducido un elemento-junta en elcentro de la malla representando la división entredos bloques adyacentes. Todas estas juntas pro-porcionan el espacio necesario para el almacena-miento del agua en la inundación inicial del siste-ma y representan un contorno hidráulico para losbloques de bentonita.

Las condiciones iniciales y parámetros de la ben-tonita son los mismos que en el caso 1 -D. La únicacondición inicial adicional es la apertura de lasjuntas al comienzo del ensayo. Se ha elegido unvalor de 4,3 mm para todas las ¡untas, coherentecon el volumen de entrada de agua de Ó30 litrosobservado durante la fase de inundación. Natural-mente, suponer ¡untas de apertura uniforme es unagran simplificación, ya que, con toda seguridad,

136


"i"

s.

100

un

60

40

20

\

\

\

Si

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90


— Odias7,68 días100 días365 días1095 dios

Figura 4.20. Distribución de la temperatura o vanos tiempos. Análisis del Caso Base en l-D.

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

iif

200 400 600

Tiempo (día)

Barrera cerco del calentador(elemento 5)Centro de la barrera(elemento 15)Barrera cerca de la estructura deconfinamiento [elemento 23)

1 000 1 200

Figuro 4.21. Vorioción del grado de saturación con el tiempo. Análisis del Coso Bose en l-D.

137


5-S

O~go

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

/

v

í

if

/

- — ¿

1 > // // /;///<

— Odias— 7,68 días

100 días365 días

— 1095 días

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50' 0,60 0,70 0,80 0,90


Figura 4.22. Distribuciones del grado de saturación a varios tiempos. Análisis del Caso Base en l-D.

0,44

0,42

0,40

•g

1 0,38£.

0,36

0,34

0,32

rf

V.

J U U

Barrera cerco del calentador

(elementa 5)

Centro de la barrera

(elemento 15)

Barrera cerca de la estructura de

confinamiento (elemento 23)

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (día)

Figura 4.23. Variación de la porosidad con el tiempo. Análisis del Caso Bose en l-D.

138


0,002

0,000

-0,002

1 -0,004

.1¡ -0,006

-0,008

-0,010

-0,012

v

\

\

V,

K:\• 'jS

s

/

/

i//~JII

i t

0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90


Odios7,68 dios

• • - • lOOdías- - - 365 días

1095 días

Figura 4.24. Distribuciones de desplazamientos radiales con el tiempo. Análisis del Caso Base en 1-D.

1,0

0,9

0,8

0-7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

\(7//¥¥r* J

v

--a—i

yV

/Barrera cerca del calentador(elemento 5)Centro de la barrera(elemento 15)Barrera cerca de la estructura deconfinamiento (elemento 23)

Barrera cerca del calentador(elemento 5)Centro de la barrera(elemento 15)Barrera cerco de lo estructura deconfinamiento (elemento 23)

200 400 600 800

Tiempo (día)

1000 1 200

figura 4.25. Vonación del grado de saturación con el tiempo. Análisis SH. Se han incluido los resultados del análisis del Caso Base en 1-D(símbolos negros) para su comparación.

139


DRACVIU

E:O1 S:04 I:OO

CalentadorBloques debentonita

Junta entrebloques

Estructura deconfinamiento

0,63 m

joint

Figura 4.26. Mallo en 2-D. Corte axisimétrico con elementos • ¡unto.

existen diferentes valores de apertura de ¡unta enla barrera de arcilla.

En la etapa inicial de inundación, la bentonitasucciona agua de las ¡untas y el bloque se hidrataa partir de sus bordes. Como consecuencia, labentonita se hinchará y tenderá a cerrar las ¡untas.Con la apertura inicial supuesta se alcanza un cie-rre total de las ¡untas antes de que se inicie la eta-pa principal del ensayo.

Las líneas de igual grado de saturación, cuatrodías después de la inundación, se muestran en laFigura 4.27. Se pueden observar claramente losefectos de la hidratación por el agua extraída delas ¡untas. Los bloques tienen ahora un borde ex-terno hidratado mientras que en su interior perma-nece el grado de saturación inicial. Cabe destacarque, en el ensayo real, la hidratación progresará apartir de tres familias de ¡untas. Por tanto, el gradode hidratación real puede estar algo subestimado.

Después de 4,34 días, se aplica una presión deagua de 0,55 MPa en el contorno externo de labarrera. Simultáneamente, se conecta el calenta-dor siguiendo las mismas fases del ensayo utiliza-das anteriormente. La temperatura de 1OO°C se al-canza al cabo de 12,03 días, o sea, 7,69 días

después del inicio del calentamiento. En este ins-tante, la condición de contorno térmica se cambiaa una condición de temperatura controlada.

La Figura 4.28 presenta las líneas de igual gradode saturación después de 100 días. Todavía sepuede observar una progresión no uniforme de lahidratación. Sin embargo, cerca del calentador,los efectos asociados al aumento de temperaturaborran la heterogeneidad inicial y se obtienen isolí-neas de grado de saturación uniformes. Finalmen-te, el estado de la barrera de arcilla, después detres años de ensayo, se muestra en la Figura 4.29.Algunas heterogeneidades son todavía visibles enla parte central de la barrera, pero se aprecia unacondición básicamente uniforme en las zonas cer-canas a sus bordes. El frente de hidratación ha al-canzado una distancia de aproximadamente untercio de la barrera y es muy uniforme. Estos resul-tados son muy parecidos a los obtenidos en elCaso Base 1 -D.

Los campos de temperaturas obtenidos en elanálisis son prácticamente uniformes a través delos bloques de bentonita. Asimismo, las evolucio-nes de las temperaturas son muy similares a los re-sultados de los análisis 1 -D. Evidentemente, las va-

140


DRACVIUVERSION 5.52

Contour Levels

.10E+01

.90E+00

.80E+00

.70E+00

.60E+00

.50E+00

.40E+00

.30E+00

.20E+00

.10E+00

E:01 S:00l:13

<!3

mockj Grado de saturación4,34 días

figura 4.27. Líneas de igual grado de saturación cuatro días después de la inundación. Análisis con elementos • ¡unta.

DRACVIUVERSION 5.52

Contour Levels

1.00

0.90

0.80

O.70

0.60

O.SO

0.40

0.30

0.20

0.10

E:01 S:09 l:24

• "

I\J_I ...!

I ."V t ::.•••:••

• •, í v u>,. , f • > . : *m

•'>','•; ',

•f:"X:'.

ir?.-

mockj Grado de saturación100 días

figura 4.28. Líneas de igual grado de saturación 100 días después de la inundación. Análisis con elementos-junta.

141


DRACVIUVERSION 5.52

Contour Levels

E:O1 S:26 l:27

)i

1 .

i ,

ii

• i

'/ ,

I

" ; ; " • ;

—4™~"

fi /

, „>'"' i

—

mockj Grado de saturación1.095 días

Figura 4.29. Líneas de igual grado de saturación tres años después de la inundación. Análisis con elementos • ¡unta.

naciones de la conductividad térmica debido a laheterogeneidad del grado de saturación son insufi-cientes para producir efectos observables. Comoconclusión, se puede afirmar que no se observaningún efecto importante atribuible a la etapa ini-cial de inundación, al menos con los parámetros ycondiciones de ensayo supuestos en estos cálculos.


Se han presentado resultados seleccionados deuna serie de análisis termo-hidro-mecánicos aco-plados que modelan el ensayo en "maqueta". Loscálculos han incorporado la información disponiblede la etapa de caracterización del experimento. Lascondiciones iniciales y de contorno intentan repro-ducir la situación real del ensayo, aunque algunosdetalles no eran conocidos en la época de ejecu-ción de los análisis y no han podido ser incluidos.

El principal beneficio de los análisis presentadoses la adquisición de una buena comprensión delcomportamiento del ensayo, especialmente de lasinteracciones entre los aspectos térmicos, hidráuli-cos y mecánicos del problema. Esta comprensiónse profundiza con la realización de un programade estudios paramétricos que hace posible exami-

nar los efectos de algunos parámetros selecciona-dos sobre las variables observadas. La ausencia deun medio rocoso alrededor de la barrera reduce lacomplejidad del problema y permite una interpre-tación más directa de los resultados del cálculo.

Los resultados del análisis principal indican queno se alcanza la saturación total de la barrera dearcilla después de tres años-de hidratación y calen-tamiento. Sin embargo, los estudios paramétricossugieren que este resultado es muy sensible a losparámetros adoptados referentes a la curva de re-tención y a la permeabilidad de la bentonita. Seobservan algunos efectos bidimensionales en losresultados del análisis axisimétrico 2-D, pero sonde poca importancia.

Los efectos de una etapa inicial de inundación sehan examinado de forma preliminar mediante unanálisis 2-D axisimétrico termo-hidráulico simulan-do una rebanada de la barrera de arcilla entre dosjuntas radiales. Se han utilizado elementos-juntaespecialmente desarrollados para simular el com-portamiento de las discontinuidades. Con los pará-metros adoptados, se obtiene el cierre total de lasjuntas antes de empezar el calentamiento y no seobserva ningún efecto significativo de la inunda-ción inicial.

142


Como en el caso del ensayo "in situ", las cues-tiones referentes a la heterogeneidad y presenciade discontinuidades en la barrera deben ser inves-tigadas mediante análisis más rigurosos en la pró-xima etapa de modelación. Estos análisis se bene-ficiarán también de la información adicional quese obtenga en el programa previsto de ensayos delaboratorio (Capítulo 5).

4.8.2 Modelación termo-hidro-geoquímica (THG)

4.8.2.1 Introducción

El ensayo en "maqueta" es una réplica del ensa-yo "in situ" a una escala ligeramente menor. La di-ferencia más importante entre ambos ensayos radi-ca en el hecho de que en la "maqueta" es posiblecontrolar la forma de hidratación de la barrera. Esde esperar que la colocación de un material geo-textil en la superficie interna de la estructura deconfinamiento producirá una hidratación uniformeen toda la superficie externa de la barrera de arci-lla. Por otro lado, en el ensayo en "maqueta" sepuede controlar la presión de entrada del agua.Por tanto, ambos ensayos sólo difieren en la condi-ción de contorno externa de la barrera de arcilla.El resto de las variables, procesos y parámetrosson similares en ambos ensayos. En el ensayo en"maqueta" se añadieron los mismos trazadores ar-tificiales que se utilizaron en el ensayo "in situ",más torio y uranio.

Para la modelación THG de los trazadores en elensayo en "maqueta", se utilizó la misma metodo-logía que en el ensayo "in situ". En primer lugar seformularon los modelos conceptuales para el flujode agua, la transferencia de calor y el transportede trazadores. Estos modelos conceptuales, queson la base de los modelos numéricos, se resolvie-ron utilizando el mismo código TRANQUI [16]. Eneste apartado se presentan las predicciones numé-ricas del comportamiento de los trazadores para elCaso Base, que se complementan con un análisisde sensibilidad respecto de los valores de los pará-metros más relevantes y de las condiciones de con-torno. Con el fin de obtener el máximo de informa-ción a partir de la distribución final de los trazado-res, se utilizó un gran número de ellos, que se apli-caron de diversas formas y en múltiples lugaresdentro de la barrera. Por ello, la predicción numé-rica del transporte de los trazadores ha requeridonumerosas simulaciones de las que sólo se presen-tan las más destacadas [1 6].

4.8.2.2 Trazadores

Siguiendo criterios similares a los adoptadospara el ensayo "in situ", los trazadores selecciona-dos incluyen tanto trazadores conservativos comono conservativos. Los conservativos incluyen iodo,renio y selenio. Además de los trazadores no con-servativos utilizados en el ensayo "in situ", en la"maqueta" se añadieron torio y uranio. La Tabla4.5 contiene la lista de compuestos utilizadoscomo trazadores.

El ioduro y el borato pueden quedar parcialmenteretenidos, por lo que no se les considera totalmenteconservativos. El selenato y el perrenato, ademásde ser sensibles a procesos redox, pueden quedarexcluidos de una parte de la porosidad total. El res-to de los trazadores son claramente no conservati-vos, como indican sus grandes valores de Kd.

El ioduro y el deuterio se añadieron al agua dehidratación de la barrera. El resto de los trazadoresse colocaron utilizando los siguientes métodos:mezclados con bentonita en pastillas de bentonitacompactada, CP; en papel de filtro impregnado,FP; y dentro de cápsulas sinterizadas metálicas,SSS [16]. Las cantidades empleadas así como laforma y lugar de emplazamiento se indican en laTabla 4.6.

4.8.2.3 Modelo conceptual y numérico THG

El modelo conceptual y numérico del transportede trazadores en el ensayo en "maqueta" es muysimilar al utilizado para el ensayo "in situ". La dife-rencia más destacada hace referencia al modeloconceptual de hidratación de la barrera, ya que enel ensayo en "maqueta" se comenzó por rellenarcon agua todas las ¡untas y macrohuecos (huecosperimetrales, los huecos realizados para alojar loscables y sensores, etc). Para ello se inundó la zonadel ensayo con agua a presión. Esta circunstanciatiene una relevancia especial para los trazadoresque se añaden con el agua de hidratación. Poreste motivo se analizaron en detalle los posiblesesquemas de hidratación.

El agua disponible en la superficie externa de labarrera de arcilla puede fluir uniformemente deforma radial o puede hacerlo además de formapreferente a través de las ¡untas entre bloques. Elagua fluirá a través de las ¡untas mientras perma-nezcan abiertas, lo que depende tanto del procesode hidratación como del hinchamiento de la arcillade los bloques. Si el flujo a través de las ¡untas esdespreciable, la hidratación de la arcilla tendrá lu-

143


Trazador

lodo

Renio

Tabla 4.5Trazadores seleccionados para el ensayo en "maqueta"

Compuesto

Nal

NaReO4

Ion

1-

ReO4"

Boro

Selenio

H3BO3

Na2Se04:10H20

H3BO3 (oq)

Seo;2-

Deuterio

Europio

Cesio

Uranio

Torio

Neodimio

D2O

Eu(NO3)2:5H2O

CsCI

UO2(NO3)2:6H2O

Th(NO3)4:5H2O

Nd(NO3)3:6H,O

D20

Eu2 + /Eu3 +

Cs+

UO2+ /U4 +

Th«+

Nd3 +

Tabla 4.6Masas de trazador (y concentración, en el caso del iodo) en el ensayo en "maqueta"; SW: disolución en el agua

de saturación; SSS: cápsula sinterizada; CP: pastilla de bentonita compactada; FP: papel de filtro

144

Trazador

lodo

Renio

Boro

Selenio

Europio

Uranio

Torio

Neodimio

Cesio

Formade aplicación

SW

SSSCPFP

FP

SSS

CP

SSS

SSSCP

CP

SSSCP

Distancia al ejede la "maqueta"

cm

—

34/6534/6548,5

48,5

34

34

34

6565

34

6565

Masa de compuesto0 concentración

de trazador

2mg/ l

297 mg/punto297 mg/punto0,4 mg/ho¡a

66,4 mg/ho¡a

1 052 mg/punto

380 mg/punto

427 mg/punto


410 mg/punto


Volumen 0superficiemarcada

—

5,481 cm3

10,948 cm3

100 cm2

100 cm2

5,481 cm3

10,948 cm3

5,481 cm3

5,481 cm3

10,948 cm3

10,948 cm3

5,481 cm3

10,948 cm3

Concentración inicialen el agua intersticial

de la bentonitamg/l

0,02

IO-5

0,38

0,05

IO-4

io-<

io-<

2IO-4

io-<


gar fundamentalmente desde fuera hacia dentro(Modelo 1 en la Figura 4.30). Sin embargo, tantolos ensayos de laboratorio de sellado de bloquesrealizados por CIEMAT, como los primeros datosexperimentales del ensayo en "maqueta" ponende manifiesto claramente que, durante el iniciodel experimento, una parte significativa del aguainyectada fluyó a lo largo de las ¡untas, anegán-dolas y provocando su sellado. Esto significa quedespués de selladas las ¡untas, por la expansiónde la bentonita, el agua sólo podrá fluir a travésde la superficie periférica. Este esquema de hidra-tación conducirá a una distribución de trazadoresdiferente a la del Modelo 1 y es la base de un se-gundo posible modelo conceptual de hidratación(Modelo 2).

Para el exterior de la barrera de arcilla se adoptóuna condición de contorno de flujo de presión

constante e igual a 0,55 MPa. Para la modelacióndel transporte de los trazadores que se añaden conel agua de hidratación se adoptaron dos posiblestipos de condiciones de contorno. La primera deellas consiste en suponer que el f lujo másico deentrada de trazador es igual al producto del cau-dal de agua por la concentración del trazador enel agua de entrada. El segundo tipo de condiciónde contorno es de tipo Dirichlet, es decir, la con-centración en el límite exterior de la barrera se su-pone constante e igual a la del agua de entrada.

4.8.2.4 Resultados de la modelación THG: Caso BaseEn este apar tado se presentan las predicciones

numéricas del denominado Caso Base, correspon-dientes a las hipótesis y parámetros más plausibles.

Se adop tó el segundo mode lo conceptual de h i -d ra tac ión , de fo rma que se supuso que durante los

Trazador

Figura 4.30. Posibles modelos conceptuales de hidratación de lo barrera de arcilla: I) hidratación puramente rodiol (Figura superior) y 2)hidratación radial mós hidratación inicial a través de las ¡untos (basta que queden selladas).

145


12 primeros días entraban 5 0 0 litros de agua através de las ¡untas transversales (estas ¡untas re-presentan la mayor parte del volumen de ma-crohuecos y además son las que muestran mayorcont inuidad espacial). Se realizaron varios análisisde sensibi l idad adop tando periodos de hidratacióninicial entre 6 y 3 0 días, y se comprobó que la dis-tr ibución f inal de los trazadores era insensible a d i -cho per iodo. Una vez transcurrido el per iodo dehidratación inicial se supuso que las ¡untas queda-ban selladas y por tanto a partir de ese instante lahidratación sólo podía tener lugar de forma radiala través de la superficie externa de la barrera

Para la modelac ión del f lujo y del transporte delos trazadores añadidos con el agua de hidrata-ción se adoptó una mal la unidimensional con si-metría axial . La Figura 4 .31 muestra la distr ibucióndel g rado de saturación de la barrera de arcil lapara distintos t iempos, comenzando desde las con-diciones iniciales hasta la saturación completa. Seobserva que después de 1 1 0 0 días sólo se alcanzala saturación completa en los 10 cm más externosde la barrera. Sin embargo , toda la barrera experi-menta un incremento de humedad. En la f igura sepuede observar que la saturación completa de labarrera se alcanza al cabo de 2 8 0 0 días (del or-

den de 7 años). Los valores calculados del g radode saturación de la barrera al cabo de 1 100 díasobtenidos con el mode lo unidimensional coincidencon los que se obtuvieron con un mode lo b id imen-sional (2-D) en el que se consideró el transitorio dehidratación de los bloques a través de las juntastransversales (modelo 2 -D en la Figura 4 .31) .

Los datos disponibles de entrada de agua a lazona del ensayo corroboran la validez del Mode lo2 de hidratación. La Figura 4 . 3 2 muestra c lara-mente cómo los valores calculados del vo lumen deagua inyectada con el Mode lo 2 de hidratación seajustan notablemente bien a los valores medidosdurante los primeros días del experimento.

De los dos trazadores añadidos al agua de hi -dratación ( ioduro y deuterio) sólo se ha mode ladoel ion ioduro , ya que en la actual idad se descono-ce el contenido isotópico de las aguas intersticialesde la bentonita. Para la modelac ión del ioduro seutilizó una malla unidimensional con simetría axia l ,adoptando una condic ión de contorno de trans-porte de t ipo mixta o de Cauchy (es decir, el f lujomásico de entrada de trazador viene dado por elf lujo advectivo de trazador). La Figura 4 .33 mues-tra la distr ibución espacial de la concentración del

1,00

0,95

0,90

0,85

0,80

0,75

0,70

0,65

—«XUXXKMXXXXXXXXX

100 dios

700 días

1100 días

2 000 días

2 800 días

Resultados 2-D

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Distancia (cm)

Figura 4.31. Predicción del avance del frente de saturación a través de la barrera de arcillo en el ensayo en "maqueta''.

146


-S•f

ouu

600

400

200

/

/

/

0000®

O Valores medidos

Valores calculados

0 5 10 15 20 25 30

Tiempo (día)

Figuro 4.32. Volúmenes acumulados de agua inyectada en el ensayo en "maqueta". Los símbolos representan los valores medidos,mientras que la línea continua corresponde a los valores calculados con el Modelo 2 de bidratación.

o

• i

1,6

1,4

1,2

1,0

nou,o

0,6

0,4

0,2—O—C—T- «HX>COOOOCK

/

oooooooc

/

/

1/

/

10 20 30 40 50 60 70 80


Figura 4.33. Distribución espacial en la barrera de arcilla (ensayo en "moqueta") del ion ioduro al cabo de 1100 días, para distintosvalores de Ki.

147


ion ioduro al cabo de 1 1 0 0 días, para distintos va-lores del coeficiente de distribución (Kd = 0 y K¿ —0,73 ml /g) . El efecto de que el ioduro sufra reten-ción se traduce en un retraso notable. Para Kd =0, el frente del trazador penetra casi 4 0 cm dentrode la barrera, mientras que con Kd = 0 ,73 m l / g , eltrazador solamente penetra 15 cm. Además, laconcentración del trazador en el agua intersticialde la bentonita es del orden de 4 veces menorcuando se considera el efecto del retardo, debidoa que una parte importante del trazador está rete-nida en la fase sólida.

Para los trazadores puntuales (los apl icados enforma de cápsulas, pastillas y papeles de filtro) seutil izaron mallas bidimensionales. La Figura 4 .34muestra la distribución espacial de las concentra-ciones calculadas con el Mode lo 2 para el ion pe-rrenato al cabo de 5 0 y 1 1 0 0 días.

4.8.2.5 Análisis de sensibilidad

La modelación del transporte de los trazadoresse realizó utilizando los parámetros disponibles.Para algunos parámetros de los que se carecía dedatos para la bentonita FEBEX (como el coeficientede difusión molecular y la dispersividad), se utiliza-ron datos publicados en la literatura científica. Conel fin de ilustrar la posible incertidumbre de laspredicciones debida a la incertidumbre respecto delos valores de los parámetros y de las condicionesde contorno, se realizó un extenso análisis de sen-sibilidad.

Si bien se considera más plausible el esquemade hidratación del Modelo 2 (el que tiene en cuen-ta la inundación inicial de la "maqueta"), se anali-zaron también los resultados obtenidos con el Mo-delo 1. Los resultados de la modelación del trans-porte de los trazadores puntuales indican que lasconcentraciones calculadas al cabo de 1 100 díascon ambos modelos son prácticamente coinciden-tes. Es decir, la inundación inicial de la "maqueta"no afecta significativamente a los trazadores pun-tuales y afecta ligeramente a los trazadores añadi-dos al agua.

Como era de esperar, la magnitud de la hidrata-ción de la bentonita, y por tanto del desplazamien-to de los trazadores, es muy sensible al valor de laconductividad hidráulica saturada de la bentonita.Se observa, además, que los patrones de hidrata-ción y de transporte del trazador son muy sensi-bles a la función adoptada para la conductividadrelativa de la bentonita. Los resultados que se ob-tienen con dos de las funciones más comúnmente

utilizadas (las de Irmay y van Genuchten) son no-tablemente distintos (Figura 4.35). Con la funciónde van Genuchten el frente de saturación penetramenos y por ello el trazador avanza más lenta-mente.

La distribución final de los trazadores es muypoco sensible al valor de la dispersividad. Este esun resultado importante, ya que se puede concluirque no es necesario realizar ensayos de laborato-rio para su determinación (en la actualidad se ca-rece de datos experimentales de este parámetro).A pesar de existir transporte advectivo, la difusiónmolecular es el principal mecanismo de transpor-te. La distribución final de los trazadores es extre-madamente sensible al valor del coeficiente de di-fusión molecular efectivo (Figura 4.36). Un au-mento de este coeficiente en un factor 3 conducea una distribución final mucho más aplanada.Dado que este parámetro varía con la temperatu-ra, el contenido de humedad y el tipo de trazador,será necesario obtener, mediante ensayos de labo-ratorio, una buena base de datos de difusión mo-lecular.

Existe un aspecto importante del modelo detransporte, para los trazadores añadidos al aguade hidratación de la barrera, que hace referenciaal tipo de condición de contorno de transporte quedebe imponerse en el límite exterior de la barrera(por el que accede el trazador con el agua de hi-dratación). Existen dos posibilidades:

• Condición mixta de Cauchy. El flujo másicode entrada de trazador es el producto delcaudal de agua por la concentración delagua de entrada.

3 Tipo Dirichlet. La concentración en el límiteexterior de la barrera se supone igual que laconcentración exterior.

Las dos condiciones de contorno tienden a pro-porcionar los mismos resultados en problemas detransporte en los que predomina la componenteadvectiva. Sin embargo, cuando el transporte esfundamentalmente difusivo (como sucede en la ba-rrera de arcilla), los dos tipos de condiciones con-ducen a resultados marcadamente diferentes. LaFigura 4.37 muestra claramente las diferencias en-tre las curvas de concentración del ioduro que seobtienen con ambos tipos de condiciones de con-torno. Para la condición de tipo Dirichlet la con-centración en el límite exterior de la barrera coinci-de con la concentración del agua de los tanquesde hidratación. Cuando se adopta la condición deflujo másico, la concentración en el límite exteriores sensiblemente menor que la del agua de entra-

148


75

2 50

25

—

50-

10-

~T-

R

- 1 0 0

- 2 0

- 5

-1

Bentonita

, , , . í . . . .

A 50 días

_

-

. i

75 50 25 0 25Distancia radial (cm)

75

50 1ex.

- f - 25

50 75

75

I 5°Is

25

75 50

50-

10-

2 -

Rf

- 100

- 2 0

- 5

- 1

i i i i

Beníoníío

A1100 días

-

25 0 25


50

75

50 5

25

75

Figura 4.34. distribución espacial de la concentración del anión penenato en el ensayo en "maqueta" al cabo de 50 (parte superior)y 1100 días (parte inferior). La figura representa una sección perpendicular al eje de la barrera.

149


-S

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2• i f f - * *

/

¿y

///

y/

/

10 20 30 40 50 60


70 80

Figura 4.35. Distribución espacial del ion ioduro en lo barrera de arcilla (ensayo en "maqueta") al cabo de 1100 días, para distintasfunciones de permeabilidad relativa (ecuaciones de Irmay y van 6enucfiten) y coeficiente de distribución iguol a cero.

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

=3,

I-s

SS-D-O-C

>

/

D.: 3 -10 " m'/s

D,:910" mVs

10 20 30 40 50 60 70


Figura 4.36. Distribución espacial del ion ioduro en la barrera de arcillo (ensayo en "maqueta") al cabo de 1100 días, para distintosvalores del coeficiente de difusión efectivo (% = 3 - 1 0 u y 9 10]] rrf/s).

150


ce: Flujo másico

ic: Concentración fija

10 20 30 40 50 60


70

Figura 4.37. Distribución espacial del ion ioduro en la barrera de arcilla (ensayo en "maqueta") al cabo de 1100 días, para distintostipos de condiciones de contorno extemo (condición de flujo másico o condición de concentración fijo).

da. Aunque este resultado puede parecer contra-dictorio, es coherente con el hecho de que predo-mine el transporte difusivo. Básicamente el flujoadvectivo de entrada es menor que el difusivo y,por ello, la concentración en el límite exterior nollega (al cabo de 1 100 días) a alcanzar el valor dela concentración del agua de entrada. Para tiem-pos más grandes, obviamente, la concentración enel límite exterior tenderá a alcanzar el valor de laconcentración del agua de entrada.

Como era de esperar, los patrones de transportede los trazadores que sufren adsorción son muysensibles al valor del coeficiente de distribución.Dado que se carece de información sobre su de-pendencia con la temperatura, será necesario rea-íizar ensayos de adsorción a varias temperaturas.

El comportamiento de los trazadores amónicosque son susceptibles de sufrir exclusión aniónica(como por ejemplo el ioduro) es muy sensible a lamagnitud de la porosidad accesible. La Figura4.38 muestra los valores calculados de la concen-tración de este trazador al cabo de 1100 días,para el caso de existir una exclusión iónica del 50% (es decir, el trazador no puede acceder a la mi-

tad del espacio poroso). Los resultados de esta fi-gura fueron obtenidos utilizando la condición decontomo de transporte de tipo Dirichlet. Nóteseque cuando existe exclusión, la porosidad accesi-ble es menor. Por tanto, a igualdad del resto delos factores, la concentración del ioduro en elagua de los poros accesibles es mayor que la queiendría en ausencia de fenómenos de exclusión. Seobserva, además, que la exclusión provoca unamayor velocidad de avance del trazador (al dismi-nuir la porosidad) y una menor difusión del frentede avance (causada por la reducción del coefi-ciente de difusión molecular efectivo).


Se han presentado los resultados de la modela-ción THG del ensayo en "maqueta". Estos resulta-dos corresponden a la predicción, en la etapapreoperaáonal, de la migración de los trazadoresartificiales añadidos en diversos lugares de \a ba-rrera de arcilla.

La modelación numérica THG de la migraciónde los trazadores ha permitido estudiar los esque-

151


1,0

1,6

1,4

1 ]'2| 1,0

-s: i 0,8

I 0,6•3

0,4

0,2o—i r-o—o-o- MHHW

I

/ /

/

1//

Sin exclusión

Con exclusión

10 20 30 40 50 60


70 80

Figura 4.38. Distribución espacial de la concentración del ion ioduro en el agua intersticial de la barrera de arcilla (ensayo en "maqueta")al cobo de 1100 días, para distintos valores de lo porosidad accesible (con y sin exclusión aniónica). Nótese que cuondo existe exclusión,

la porosidad accesible es menor y por tanto, a igualdad del resto de los factores, la concentración del ioduro en el agua de los porosaccesibles es mayor que la que alcanzaría en ausencia de fenómenos de exclusión.

mas de hidratación de la barrera bentonítica, iden-tificar los procesos de transporte más relevantes,evaluar el efecto de los parámetros de flujo en ladistribución final de los trazadores, y comprendermejor los efectos del transporte de solutos en con-diciones de saturación parcial.

Se consideraron dos esquemas de hidratación:(1) hidratación puramente radial, y (2) hidrataciónradial y a través de las ¡untas. Dado que la barrerabentonítica se inundó con agua a presión, inicial-mente se produjo una hidratación a través de las¡untas, por lo que el segundo esquema de hidrata-ción parece más plausible. Esta hipótesis se ha vis-to confirmada por los datos disponibles de entradade agua a la zona de ensayo.

De forma análoga al ensayo "in situ", los resulta-dos de los análisis en el ensayo en "maqueta" indi-can que el transporte advectivo es importante sóloen la zona más externa de la barrera de arcilla (enla que se nota el efecto de la hidratación de la ar-cilla). La difusión molecular es el mecanismo detransporte predominante para los trazadores con-

servativos (Re y Se) y cuasi conservativos (I"). Paralos trazadores con valores elevados del coeficientede distribución, las predicciones numéricas indicanque prácticamente no se desplazan ni difunden.Los resultados del análisis de sensibilidad a los pa-rámetros de flujo y transporte han permitido: con-firmar lo que cabía esperar respecto de la rele-vancia de ciertos parámetros esenciales (talescomo la conductividad hidráulica saturada de labentonita); identificar aspectos y parámetros ini-cialmente no considerados como relevantes(como, por ejemplo, la conductividad relativa dela bentonita); descubrir el papel poco relevante deciertos parámetros (como la dispersividad de labentonita); y poner de manifiesto la importancia dela correcta identificación de las condiciones decontorno de transporte.

La modelación preoperacional de la migraciónde los trazadores artificiales servirá de base parafuturos análisis, en los que será necesario analizarla relevancia de otros aspectos no incorporados enla modelación actual, tales como:

152


Zl El flujo en fase vapor (con fenómenos deevaporación/condensación), que puede pro-vocar la difusión de los trazadores desde lazona del calentador hacia zonas más frías.

Zi La dependencia con la temperatura de laconductividad hidráulica de la bentonita y dela difusión molecular de los trazadores.

• La incorporación paulatina de los trazadoresa las aguas intersticiales de la barrera de ar-cilla (en contraposición a la hipótesis actualde disolución completa e instantánea).

Además de la modelación THG de los trazado-res, en las próximas etapas del proyecto se abor-dará la modelación THG de los principales proce-sos geoquímicos de la barrera de arcilla. Para elloserá necesario avanzar en la elaboración del mo-delo conceptual geoquímico para las interaccionesque tienen lugar en la interfase agua-arcil la e in-troducir modificaciones y ampliaciones en el códi-go THG actual. Para perfeccionar el modelo con-ceptual y numérico THG se ha elaborado un planintegrado de trabajo de las tareas experimentales yde modelación [4].

4.9 Etapa operacional del ensayo

Las dos acciones fundamentales de la etapaoperacional del ensayo son la hidratación y el ca-lentamiento de la barrera de arcilla. Antes de esta-blecer las condiciones definitivas de funcionamien-to de ambos sistemas (de hidratación y de calenta-miento), se realizaron las tareas que se describen acontinuación.

4.9.1 Hidratación de la barrera de arcilla

A diferencia del ensayo "in situ", el ensayo en"maqueta" ha permitido actuar sobre el comienzode la hidratación de la barrera de arcilla. Las ac-ciones realizadas han estado dirigidas a eliminar elmayor número posible de heterogeneidades y aconseguir un buen conocimiento de las condicio-nes iniciales y unas condiciones de contorno esta-bles. De acuerdo con estos objetivos, se procedióa eliminar el aire existente entre bloques y entrebloques y estructura; a eliminar o reducir las dis-continuidades debidas a la configuración de la ba-rrera de arcilla (rebanadas yuxtapuestas de blo-ques); y a intentar conseguir una hidratacióngradual y radial hacia los calentadores.


Utilizando gas se hizo una prueba de estanquei-dad del sellado de los pasos de cables de los sen-sores en la estructura de confinamiento.

Antes de comenzar la operación de hidrataciónse verificó el comportamiento del sistema a la má-xima presión de funcionamiento, incluyendo todoslos componentes mecánicos (manómetros, válvu-las, tubos y conexiones), los componentes electró-nicos (manómetro digital y sistema de pesaje) y loselementos de seguridad.

Aforos realizados en el origen de los anillos dehidratación permitieron establecer la relación entrela presión aplicada en los tanques y los caudalesde entrada en los anillos. A partir de las curvas ob-tenidas, se determinó que la presión en el tanquefuese de 15 bar para esta fase inicial, lo que supo-ne un caudal medio de 5 l/min. Este caudal seconsideraba suficiente para conseguir el llenadodel volumen libre en un tiempo que permitiría laentrada de agua en la mayor parte de las ¡untaspara asegurar su sellado.

4.9.1.2 Llenado de los tanques

Los tanques de hidratación se llenaron con 1,3m3 de agua granítica (0,65 m3 por tanque), volu-men mayor que el necesario para saturar la barre-ra de arcilla, por lo que se asegura el suministrode agua con la misma composición durante el en-sayo.

El agua ha sido trazada con iodo y deuterio.Para el llenado de los tanques, el agua se bombeómediante una bomba GRUNDFOS, modelo MP1,con un flujo de 3 l/m y se abrieron las válvulas su-periores de los depósitos permitiendo el paso delagua y la salida del aire del interior; las restantesválvulas del sistema permanecían cerradas.

4.9.1.3 Hidratación inicial

Para la hidratación inicial (llenado de las ¡untas),se utilizó uno de los depósitos (depósito 1). Las pri-meras operaciones consistieron en el llenado delas tuberías y de los anillos de hidratación, quefueron purgados en las salidas superiores. En estassalidas se tomaron muestras de agua para controlde los trazadores añadidos.

Después de purgadas las tuberías, se siguió lasecuencia que se describe a continuación. Se cie-rran las válvulas de comunicación entre el depósito

153


en uso y la red de tuberías, y se presuriza el depó-sito ap l icando 15 bar de presión de nitrógeno. Seespera hasta alcanzar el equi l ibr io de presión en eldepósito y a cont inuación se abre la comunicaciónentre el depósito y la red de tuberías, y se esperade nuevo hasta la estabilización de presiones.

La presión en la línea de suministro de nitrógenose controla mediante un regulador mecánico insta-lado en la salida de la botel la. La presión a la sali-da del depósito se visualiza a través de un manó-metro digital incluido en el conducto de unión conla red de tuberías de distribución a la estructura.Este valor de presión es registrado (y almacenado)por el SAD.

Cuando las presiones se estabil izan, el sistemaestá dispuesto para el comienzo de la inyección,que se realiza abr iendo simultáneamente todas lasválvulas inferiores (dos por ani l lo de hidratación,doce en total) y dejando abiertas dos válvulas su-periores para la purga. Cuando el agua alcanzalas purgas superiores se cierran las válvulas inferio-res y la válvula de paso desde el depósito a la redde distr ibución, y se instalan dos sensores de pre-sión en las salidas utilizadas para la purga. Estossensores indicarán durante el ensayo la presión delagua de hidratación en la estructura.

La operación descrita de l lenado de ¡untas duró1 8 0 minutos y se inyectaron 634 litros de agua ,que está de acuerdo con el cálculo del volumen devacíos que se había realizado previamente. Des-pués de finalizada esta operac ión, se cierran todaslas válvulas y se despresuriza el depósito util izadopara volver a l lenarlo.

Durante la operación anterior, el sistema generalde adquisición de datos (SAD) registraba las seña-les enviadas por los sensores distribuidos dentro dela estructura y por los módulos acondic ionadoresdel pesaje de los depósitos y del manómetro dig i -tal . La masa del agua inyectada se obtiene de losvalores de pesada de los tanques tras su despresu-rización.

El sistema se mantuvo durante tres días en lascondiciones de parada establecidas al final de laoperación anterior. Este t iempo se consideró sufi-ciente para que el agua inyectada provocase elhinchamiento de los bloques de bentonita y, enconsecuencia, se cerrasen las juntas.

4.9.1.4 Hidratación definitiva

Pasados los tres días, se inició el proceso de hi-dratación y calentamiento al que la barrera de ar-

cilla estará sometida durante todo el tiempo de ex-perimentación (unos tres años).

La presión de inyección se estableció entre 5 y5,5 bar. Este valor se mantendrá prácticamenteconstante durante toda la etapa operacional.

Dado que el sistema estaba purgado después dela hidratación inicial, se podía proceder de la si-guiente forma: presurización del depósito aplican-do la presión de nitrógeno establecida, aperturade la comunicación entre el depósito y la red dedistribución, y espera hasta la estabilización depresiones. Estabilizadas las presiones, la aperturasucesiva de las válvulas de entrada a la estructura,desde las inferiores a las superiores de cada anillode hidratación, completaba la iniciación del proce-so de hidratación definitiva del ensayo.

El sistema general de adquisición de datos (SAD)recoge de forma continua los valores enviados porlos sensores, el manómetro y el sistema de pesaje.

Los valores instantáneos de peso del agua inyec-tada son corregidos debidos a la presión de inyec-ción del nitrógeno, lo que supone una correcciónmáxima inferior al 0,5% de la masa de agua, para5 bar de presión.

Los controles fundamentales establecidos son elmantenimiento de la presión de inyección y la ins-pección periódica del sistema, para la deteccióninmediata de cualquier fuga que pueda producirsepor fallos de conexiones o de los sellados de losorificios de salida de los cables.

4.9.2 Calentamiento

El calentamiento y la hidratación de la barrerade arcilla son las operaciones básicas de los ensa-yos "in situ" y en "maqueta". Por este motivo sehan tomado precauciones para conseguir el buenfuncionamiento del sistema de calentamiento du-rante todo el tiempo programado para el ensayo:haciendo redundantes los elementos calefactores;estableciendo unas medidas de regulación y decontrol que permitan la detección inmediata deaverías; mantener un nivel térmico estable en elentorno de los calentadores; disponer del registrohistórico de los regímenes térmicos y de potenciade los calentadores; y regular la temperatura de lasala de ensayo para conseguir unas condicionesiniciales y de contorno estables.

En este apartado se describen las pruebas preli-minares de funcionamiento al aire de los calenta-dores y de su sistema de control, el calentamientoinicial a potencia constante, y el calentamiento de-

154


finitivo de la fase operacional, controlado de for-ma automática en función de la temperatura en elcontacto calentador-barrera de arcilla.

Los componentes del sistema calefactor fueronsometidos a diversos ensayos de calentamiento alaire: con potencia constante hasta 1 kVA, con con-trol automático de la potencia y entrada instantá-nea de la potencia máxima (3 kVA), con funciona-miento alternativo y simultáneo de todos los ele-mentos calefactores, y con cortes provocados en laalimentación eléctrica.


En estas pruebas se ha comprobado: el funcio-namiento correcto de los diferentes componentes(autómata, electrónica, sensores de temperatura yresistencias); los valores de los parámetros eléctri-cos relacionados con la seguridad (aislamientoeléctrico y puesta a tierra); y el funcionamiento delas alarmas acústicas para el caso de sobrecalen-tamiento. Estas alarmas complementan las alarmasópticas del SCC.

Además de estas pruebas, cuyos resultados sehan recogido en documentos específicos, se reali-zaron breves calentamientos, con los calentadoresya instalados para el ensayo, antes de su arranquedefinitivo.

4.9.2.2 Calentamiento inicial

En esta operación se pretendía alcanzar el régi-men permanente mediante un calentamiento pro-gresivo, por escalones de potencia, para no poneren peligro la integridad de los elementos calefac-tores, y para obtener datos de calentamiento a po-tencia constante que puedan ayudar a la modela-ción e interpretación del proceso.

Dado que la potencia estimada en las modela-ciones previas se situaba en torno a los 500 W/ca-lentador, se consideró que el calentamiento inicialpodía hacerse en sólo dos escalones. El primer es-calón con el 50% (250 W) de dicha potencia, semantuvo hasta la cuasi estabilización de tempera-turas (6 días), antes de pasar a la potencia corres-pondiente al 100% (500 W). La duración del se-gundo escalón fue de 4 días, hasta que la tempe-ratura de la zona de control de los calentadores al-canzó 95°C. A partir de este momento, el controlse regula por la temperatura del contacto calenta-dor-bentonita, y la potencia suministrada se modi-fica de forma automática de acuerdo con el pro-grama de control.

El calentamiento y la hidratación definitivos seiniciaron el día 4 de febrero de 1 997.

4.9.2.3 Régimen permanente

Como se ha indicado anteriormente, al alcanzar-se la temperatura de 95°C en el calentador sepasó al modo de control automático del SCC. Seredujo el valor inicial de potencia en un 5% , hasta475 W/calentador, para evitar sobrecalentamien-tos, y desde ese momento el SCC ha mantenido latemperatura estable, con ligeras variaciones en lapotencia, que oscila entre 425 y 475 W/calenta-dor y con tendencia descendente.

El SCC realiza el control variando el tiempo deconducción en las resistencias, correspondiente ala potencia deseada. Si con esta potencia la tem-peratura se estabiliza por debajo de los 100°C, elprograma cambia el valor del tiempo de conduc-ción y por tanto incrementa la potencia según sualgoritmo interno, el proceso anterior se repite has-ta conseguir las condiciones adecuadas. Si falla al-guna de las resistencias de calefacción, se manten-drá la potencia con las restantes.

4.9.2.4 Emergencias

Paradas accidentales

La alimentación eléctrica del autómata y de laelectrónica asociada pasa a través de un sistemade alimentación ininterrumpida (SAI), por lo queno se contempla un fallo en la misma. La paradadel SCC, por cuestiones de mantenimiento y du-rante períodos de tiempo de varias horas, no seconsidera de gravedad para la integridad del en-sayo, debido a su inercia térmica.

Las únicas causas previsibles de parada acciden-tal del SCC son un fallo generalizado en la red desuministro eléctrico de CIEMAT (externo o interno)o una avería en el propio SCC. No se considera laavería total de las tres resistencias de un calenta-dor al no ser posible la reparación, ni los posiblesfallos en la adquisición de datos. El SCC ha supe-rado ya una de estas paradas accidentales, conuna duración estimada de veinte minutos, sin nin-gún contratiempo.

En cualquier caso, si el problema resultase sinsolución y hubiera que detener todo el SCC, se re-gistrarían las causas y se cortaría el suministro deenergía a los calentadores y la hidratación mien-tras se realizan las consultas pertinentes para deci-dir las acciones siguientes.

155


Rearranque

Cuando el SCC ha sido detenido, accidental ovoluntar iamente, el procedimiento a seguir para elreinicio del calentamiento es el mismo que el des-crito anteriormente para el inicio. La única varia-ción es la introducción de los últimos valores depotencia y de temperaturas registrados por el SAD.

4.9.2.5 Mantenimiento

Revisiones periódicas

Para el mantenimiento del SCC se han especifi-cado revisiones periódicas del funcionamiento delos componentes para prevenir su fallo. Estas revi-siones incluyen:

• Observar que la temperatura de la electróni-ca de la caja no supera en 20 °C a la tem-peratura ambiente. Aunque la electrónica estádiseñada para funcionar incluso a 40 °C,como medida de seguridad es muy conve-niente que funcione la ventilación. Si fuerapreciso, se debe sustituir el ventilador.

ZÍ Observar las indicaciones luminosas delfrontis del armario del autómata, teniendo encuenta que deben estar apagados todos losindicadores salvo el central, que indica elfuncionamiento del equipo. Las intermiten-cias indican la existencia de alarmas que selocalizan en el panel DEBUG del autómata,donde quedan registradas.

U Observar la luces rojas marcadas con R l , R2y R3. Su encendido indica que la resistenciacorrespondiente está fuera de servicio, por loque se debe revisar tanto el circuito de la re-sistencia como el aislamiento a tierra, segúnlos procedimientos establecidos. El númerode resistencias operativas queda registradoen el panel DEBUG.

_] Atender la indicación de la potencia, bien enel panel DEBUG, bien en la pantalla delSAD. Si el valor es cero, y no hay resistenciasen operación, se deben revisar los fusibles deprotección e inspeccionar los relés de protec-ción según los procedimientos establecidos.

Calibración

Aunque no son posibles las calibraciones de lossensores de temperatura, por su ubicación, el pro-grama avisa, y descarta su utilización por el siste-ma de control, de las termorresistencias que mani-fiestamente discrepen de las restantes del grupo.

Sin embargo, es posible y conveniente la calibra-ción periódica de la medida de potencia, pues,para la determinación de la potencia, el programautiliza un algoritmo en el que se incluyen el núme-ro y valor de las resistencias en servicio, el períodoentre calentamientos, el tiempo de calentamiento yel valor de voltaje, parámetros todos ellos que sedeterminan en esta calibración.

Previamente a la conexión del SCC en modo au-tomático, se realizó una calibración que ha permi-tido corregir la ligera variación de temperaturasobservada entre los dos calentadores. Esta correc-ción en potencia ha sido inferior al 1%.

Las calibraciones se realizan según el procedi-miento de operación y calibraciones del SCC.

4.9.3 Gestión de los datosLos datos generados por el ensayo son registra-

dos cada treinta minutos con carácter genérico.Este registro se puede modificar de forma interacti-va según las necesidades del ensayo. Los datosson gestionados mediante el software ya descrito ylas copias en los formatos adecuados son distribui-das a todos los participantes.

4.9.3.1 Base de datosLa base de datos interna contiene todos los datos

relativos a cada uno de los instrumentos (identifi-cación, descripción, señales o datos que propor-ciona, posición física en el SAD, conversiones, etc)y las lecturas realizadas se almacenan con la refe-rencia del sensor, su fecha y hora. El programapermite realizar consultas históricas en función delas características de los sensores y/o las fe-chas/horas de los datos.

Para no aumentar innecesariamente el tamañode la base de datos, y teniendo en cuenta la lentaevolución de los parámetros controlados, se haadoptado la siguiente pauta en cuanto al registrode la información: se almacena una lectura com-pleta de todos los sensores cada media hora; setoma como dato del ensayo la lectura diaria co-rrespondiente a la medida realizada a las 1 2:00del mediodía; y, en caso necesario, se analiza conmás detalle la evolución de un parámetro a partirde los valores registrados.

4.9.3.2 Transferencia de datosA partir de la base de datos generada por el

SCADA, se transfieren los datos en formato ASCIIpor medio de un programa intérprete.

156

4. Ensayo en "moqueta"

Para la transmisión de datos entre ordenadores,se utiliza un programa genérico para envío de f i -cheros por FTP, a través de la red instalada en eledificio (Ethernet de par trenzado). Todos los orde-nadores utilizan el mismo programa, aunque enversiones adaptadas al sistema operativo instaladoen cada uno de ellos. Los accesos a cada ordena-dor están protegidos mediante las claves corres-pondientes.

4.9.3.3 Tratamiento de datos

Finalmente, los datos se introducen en ficheroscon formato MS-EXCEL 5.0, a partir de los cuales

se generan informes en papel de manera semiau-tomática, que se distribuyen desde CIEMAT a losgrupos participantes en el proyecto.

Estos informes recogen la evolución de las varia-bles en forma de gráficos, agrupando las variablespor secciones y por tipos de sensores (en este or-den), y se emiten en principio con periodicidad tri-mestral.

También pueden entregarse, a los grupos de tra-bajo, los datos numéricos contenidos en la basede datos, en formato de MS-EXCEL, para el grupode sensores y/o periodo de tiempo que se desee.La entrega se realiza en soporte magnético (dis-quetes) o por correo electrónico.

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157

5PROGRAMA DE ENSAYOS

DE LABORATORIO

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5. Programa de ensayos de laboratorio

C o m o se ha dicho en el Capítulo 1, para com-plementar la información de ios dos ensayos degran escala, se ha considerado necesario realizarun conjunto de ensayos de laboratorio.

Este conjunto de ensayos se ha dividido en tresgrandes grupos:

• Ensayos de caracterización y obtención deparámetros.

• Ensayos termo-hidro-mecánicos.

• Ensayos termo-hidro-geoquímicos.

Durante la etapa preoperacional se han realiza-do ensayos de caracterización y se ha elaborado elprograma de experimentación de la etapa opera-cional. En este capítulo se presenta un resumen deeste programa, que en detalle está contenido endos documentos internos del proyecto [3,4]. Duran-te la etapa de desmantelamiento de los dos ensa-yos a gran escala, se realizará otra serie de ensayosde caracterización para estudiar si se han produci-do alteraciones en las barreras de bentonita.

5.1 Ensayos de caracterización y obtenciónde parámetros

Estos ensayos tienen por objeto determinar la ca-racterísticas básicas del material que han de cono-cerse para el diseño y modelación de los ensayos"in situ" y en "maqueta" por lo que gran parte deellos se realizaron durante la etapa preoperacional(Capítulo 2). Son asimismo indispensables para lainterpretación de los ensayos THM y THG. Estosensayos se refieren tanto a la bentonita como a laroca alojante del ensayo "in situ".

El programa de ensayos a realizar durante laetapa operacional incluye los aspectos que no hanquedado bien definidos durante la primera etapade caracterización, especialmente los que pudieranintroducir incertidumbres en la modelación e inter-pretación de resultados.

Entre los datos a determinar como base para lamodelación se encuentran:

• Conductividad térmica de la bentonita enfunción del grado de saturación, evaluandola influencia de la densidad seca; y conducti-vidad térmica de la roca.

Ü Calor específico de la bentonita y de la roca.

• Permeabilidad de la bentonita en función delíndice de poros en un rango amplio de den-

sidades; y efecto de la temperatura y de laanisotropía.

• Variación de la permeabilidad en función delgrado de saturación, que se determinará me-diante retroanálisis en ensayos específicos(Apartado 5.3).

• Difusividad del vapor de agua en la bentoni-ta, que se determinará de forma indirecta apartir de ensayos de infiltración (Apartado5.3.).

• Permeabilidad del granito en función delgrado de saturación.

• Permeabilidad de la bentonita al gas y su va-riación con el grado de saturación.

• Presión de hinchamiento en función de ladensidad y de la humedad inicial; y el efectosobre ella de la dirección de compactación.

• Curva de retención de la bentonita, incluyen-do los valores extremos de saturación, y elefecto sobre ella de la histéresis y de la tem-peratura.

Zi Curva de retención del granito.

ZÍ Parámetros elásticos.

ü Coeficiente de dilatación térmica de la ben-tonita y de la roca alojante del ensayo "insitu". Este coeficiente se obtiene, medianteretroanálisis, de ensayos en los que se midela deformación axial de una muestra calenta-da de forma homogénea manteniendo suhumedad global constante.

Otras características básicas de la bentonita quequedaron pendientes de determinar durante la eta-pa preoperacional, y que es necesario conocertanto para la comprensión de su comportamientocomo para la modelación THG, son las siguientes:

Ü Composición química del agua intersticialextraída por compactación a alta presión; yel efecto sobre ella de la humedad inicial dela arcilla y de las condiciones de la compac-tación.

• Coeficientes de distribución (Kd) y de difusión(D) de algunos radionucleidos en la bentoni-ta en polvo (ensayos en "batch") y compac-tada (ensayos en celdas), para evaluar su ca-pacidad de adsorción.

• Microestructura y textura de la bentonita, quepueden determinar aspectos de su comporta-miento como la dificultad de dispersión o larelativa baja plasticidad; se estudiarán me-diante porosimetría y microscopía óptica debarrido y transmisión.

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5.2 Ensayos termo-hídro-mecónicos

Los ensayos termo-hidro-mecánicos tienen undoble objetivo:

3 Medida de los cambios experimentados porla bentonita frente a acciones de tipo termo-hidro-mecánico análogas a las que se desa-rrollan en los ensayos "in situ" y en "maque-ta". Estas acciones se imponen sobre probe-tas de bentonita, en condiciones muy contro-ladas, y permiten verificar la capacidad de losmodelos teóricos a emplear. Adicionalmente,estos ensayos permiten obtener, por ajusteentre las medidas y las predicciones de losmodelos actuales, conjuntos de parámetrosdel modelo teórico que pueden reproducir elcomportamiento observado en los ensayos.

• Conseguir resultados que pueden representarun avance en el conocimiento del comporta-miento termo-hidro-mecánico de las arcillasexpansivas. Se trata de ensayos encaminadosa profundizar en las bases teóricas del com-portamiento de la bentonita y que permitencompletar y, en su caso, mejorar los modelosteóricos que se utilizan actualmente.

La UPC-DIT y CIEMAT han planificado conjunta-mente la experimentación por medio de diferentestipos de ensayos termo-hidro-mecánicos. Los apa-ratos necesarios han sido diseñados en la etapapreoperacional, alguno ha sido construido y, dehecho, se han iniciado los ensayos.

5.2.1 Ensayos de calibración de modelosmediante retroanálisis

Estudio de los fenómenos asociados a flujos transitorios de aguay calor

En estos ensayos se pretende verificar el modelonumérico (y obtener sus parámetros) en los aspec-tos más relacionados con el acoplamiento de losfenómenos térmicos e hidráulicos con \os mecáni-cos. Fundamentalmente se trata de evaluar la res-puesta mecánica (pero también térmica e hidráuli-ca) de la bentonita compactada, cuando se le im-pone un flujo de agua o de calor en condicionescontroladas.

Se harán ensayos de las siguientes características:

Zi Flujo de calor entre las bases de una probetacilindrica de bentonita compactada, con me-dida de la evolución de la temperatura en di-

ferentes puntos de la misma. La cantidad to-tal de agua en la probeta se mantiene cons-tante, pero se permite su cambio de volumenpor efecto térmico. Se mide el posible cam-bio de diámetro de la probeta durante el en-sayo. Al finalizar el ensayo se medirá la hu-medad y la densidad en diferentes puntos.

• Flujo combinado de calor y agua entre lasbases de una probeta cilindrica confinada la-teralmente en celdas de paredes rígidas, im-permeables y aislantes del calor. Durante elensayo se intentará medir, en varios puntos,la variación de la presión ejercida por labentonita sobre las paredes de la celda y suscambios de succión. Son ensayos análogos(y en muchas ocasiones comunes) a los pla-nificados para el estudio de fenómenos geo-químicos, pero poniendo énfasis en el análi-sis retrospectivo del ensayo utilizando el mo-delo THM.

En estos ensayos se piensa obtener algunode los datos necesarios para el modelo y queson de difícil obtención directa:

j Variación de la permeabilidad relativacon el grado de saturación.

_i Tortuosidad del medio y difusividad delvapor de agua.

~) Medida de la evolución de la entrada (o sali-da) del agua en muestras del granito y dellamprófido de Grimsel durante el transitoriode flujo producido por los cambios de suc-ción impuestos en un ensayo de placa depresión. Los ensayos se realizarán en edóme-tros con succión controlada mediante pie-dras porosas de valor de entrada de aire de0,5 MPa. El conocimiento de la evolucióndel flujo de agua permitirá, mediante el usodel modelo numérico, obtener el valor de lapermeabilidad relativa del agua para dife-rentes valores de la succión. Obviamente, enel mismo ensayo se obtiene la curva de re-tención de la roca. Tanto la permeabilidadrelativa, como la curva de retención de laroca, juegan un papel fundamental en los fe-nómenos de flujo que tienen lugar en el con-tacto de la roca con el relleno de bentonitacompactada.

Estudio de los propiedades mecánicas.- ensayos edométricos con suc-ción controlada

En estos ensayos se pretende obtener, medianteanálisis retrospectivo, el conjunto de parámetros

162


que se utilizará para modelar el comportamientomecánico de la bentonita.

La mayor cantidad de información relativa alcomportamiento mecánico de la bentonita proce-derá de los resultados obtenidos en los ensayosedométricos con succión controlada. Pese a sus l i-mitaciones teóricas, la sencillez del equipo y delmétodo de ensayo hacen que los ensayos edomé-tricos sean los más utilizados para estudiar el cam-bio de volumen de la arcilla en condiciones no sa-turadas. En la planificación de los ensayos, se haprocurado seguir trayectorias de succión y cargaanálogas a las que sufre la bentonita en los dosensayos de gran escala, o bien trayectorias extre-mas que pongan en juego las diversas posibil ida-des del modelo constitutivo.

5.2.2 Ensayos dirigidos al avanceen el conocimiento del comportamiento

THM de arcillas expansivas

Las líneas de trabajo que se desarrollarán seránlas siguientes:

Zi Estudio del efecto de la temperatura en lamagnitud de los cambios de volumen de labentonita, mediante ensayos edométricoscon succión y temperatura controladas, reali-zados en condiciones isotermas a temperatu-ras de 40, 60 y 80 °C. Las trayectorias desucción y carga serán análogas a las segui-das en los ensayos a realizar a temperaturaambiente. Los edómetros necesarios están yadisponibles en las instalaciones de CIEMAT.La UPC-DIT construirá nuevos equipos edo-métricos, con control de la temperatura, enlos que se puedan imponer altas succionesmediante disoluciones de ácido sulfúrico osales de diverso tipo.

• Diseño y construcción de un nuevo equipotriaxial con succión y temperatura controla-das. La construcción de este equipo repre-senta un avance importante en el campo dela experimentación en laboratorio, ya quepor la versatilidad de las acciones que sepueden aplicar sobre la arcilla representauna gran ayuda para el progreso de los mo-delos constitutivos.

En los ensayos a realizar se aplicarán accio-nes que seguirán tanto trayectorias destina-das a comprobar la validez de los modelos,como trayectorias destinadas a obtener los

parámetros necesarios para la modelaciónde los experimentos.

Ü Estudio del flujo en el contacto bentonita-gra-nito. Para estudiar este fenómeno en condi-ciones controladas, se pretende construir unacelda hidráulica donde puedan realizarse en-sayos de infiltración en los que se produzca lainteracción del granito con la bentonita.

• Actualmente se dispone de poca informaciónsobre el efecto del calentamiento en las pro-piedades mecánicas de la bentonita. La me-dida del hinchamiento producido por lainundación de muestras en el edómetro con-vencional es relativamente simple, y propor-ciona datos para la calibración del modelomecánico. Ensayos de este tipo se realizaránsobre muestras sometidas previamente a gra-dientes térmicos, durante diferentes periodosde tiempo, dentro del plan de ensayos degeoquímica y fisico-químicos relacionadoscon la modelación THG.

• Estudio del sellado hidráulico de las ¡untasentre bloques de bentonita. Mediante celdasde paredes transparentes, se pretende estu-diar el comportamiento hidro-mecánico delas ¡untas. Las variables a controlar serán lapresión de inyección, la apertura de la fisuray la evolución temporal de la presión de in-yección.

• Caracterización del comportamiento mecáni-co de las ¡untas entre bioques de bentonita.Se realizarán determinaciones de la resis-tencia al corte con succión controlada y sedeterminará la compresibilidad de la ¡untaen la dirección normal a su plano medio.

5.3 Ensayos termo-hidro-geoquímicos

5.3.1 Ensayos en celdas termo-hidráulicasEstudios previos hechos por CIEMAT (Capítulo 1)

han puesto de manifiesto una serie de procesos(migración de sales, modificación del complejo decambio, variaciones en la textura/estructura),cuando se imponen gradientes térmicos e hidráuli-cos a una muestra de bentonita.

Estos procesos dentro de la bentonita pueden te-ner incidencia en sus propiedades termo-hidro-me-cánicas. Además, la acumulación de sales en lazona caliente puede favorecer los procesos de co-rrosión.


En los dos ensayos a gran escala, los cambiosque se produzcan en la bentonita sólo se puedenconocer por comparación entre las condiciones ini-ciales y finales. No existe ninguna instrumentaciónpara medir la evolución de las variables geoquími-cas durante la operación de estos ensayos. Porconsiguiente, tanto para el desarrollo y verificaciónde los modelos geoquímicos, como para la mejorinterpretación final de los ensayos a gran escala, seha pensado estudiar estos procesos en el laborato-rio. Los ensayos serán realizados por CIEMAT.

5.3.1.1 Objetivos

1) Estudio de los procesos y modificaciones geo-químicos de la bentonita generados por elefecto de gradientes térmico e hidráulico, es-pecialmente:

Zl Procesos de migración de sales en la ben-tonita compactada.

• Modificaciones de la capacidad de cam-bio catiónico y del complejo de cambio.

ü Modificaciones del agua intersticial.

2) Estudio de la incidencia de los procesos ante-riores en el mantenimiento de las propiedadesde la bentonita, específicamente:

• Propiedades de retención (capacidad decambio y superficie específica).

_J Fábrica mineral/distribución del tamaño deporos, modificaciones microestructurales,interfaz metal -arcilla).

_̂) Propiedades mecánicas e hidráulicas.

5.3.1.2 Tipo de ensayos

Básicamente los ensayos consisten en dos opera-ciones de laboratorio. En la primera, una probetade bentonita compactada, alojada en una celda,se somete a efectos térmicos e hidráulicos. En lasegunda, se determinan las modificaciones quími-cas, físico-químicas y termo-hidro-mecánicas quese han producido en la bentonita después de so-metida a las acciones anteriores.

Debido a la diversidad de parámetros que inter-vienen en los procesos de transporte, es necesariohacer numerosos ensayos para analizar separada-mente el efecto de las diferentes variables. Esto haconducido a programar tres tipos ensayos: ensayosen celdas pequeñas, ensayos en celdas de escalareal, y ensayos en celdas de tamaño intermedio.Estas últimas se han utilizado en investigaciones

previas al FEBEX [7], y servirán de enlace entre losotros dos tipos, que se describen a continuación.

Ensayos en celdas pequeñas

Son celdas cilindricas de 50 mm de diámetro y25 mm de altura. En las celdas se coloca una pro-beta de bentonita compactada a una densidadseca de 1,65 g/cm 3 con su humedad de equilibrio.Un extremo de la probeta se pone en contacto conuna fuente de calor y el otro con una piedra poro-sa, por la que se inyecta una solución acuosa a lavez que se mantiene una temperatura constante in-ferior a la del otro extremo.

Los ensayos se harán bajo diferentes condicionesde gradiente térmico, concentración salina y tiem-pos de ensayo; en todos ellos la presión hidráulicaserá de 10 bar. Puesto que el objeto del estudio esanalizar diferentes aspectos de las modificacionesque se producen en la arcilla, se realizarán los en-sayos en cuatro celdas diferentes, bajo las mismascondiciones. Cada una de estas cuatro celdas sededicará al estudio de un aspecto diferente y espe-cífico: transporte, fábrica, permeabilidad e hincha-miento.

En las probetas de las celdas de transporte, sedeterminarán iones solubles en un extracto acuoso,capacidad de cambio catiónico y cationes de cam-bio. Se pretende estudiar en estas celdas el trans-porte de componentes salinos durante el procesode saturación.

En las probetas de las celdas de fábrica, se ha-rán determinaciones mineralógicas y químicas yanálisis microscópicos en la interfaz metal-arcilla,de la distribución de sales y de las modificacionesmicroestructurales en zonas afectadas por sales.

En las probetas de las celdas de permeabil i -dad , se determinará la conductividad hidráulicasaturada.

En las probetas de las celdas de hinchamiento sedeterminará el hinchamiento bajo carga en edó-metros convencionales.

Ensayos en celdas de escala real

Son celdas cilindricas de 7 cm de diámetro inter-no y 60 cm de altura útil, que es del orden demagnitud del espesor de la barrera de arcilla en elconcepto AGP. En cada celda se introducirán 6probetas de densidad seca similar a la de los blo-ques de bentonita, con lo que se conseguirá elefecto de las ¡untas que existen realmente en la ba-rrera. Un extremo de la celda se calentará a tem-peratura de 100°C y por el otro extremo se inyec-

164


tara una solución acuosa de t ipo granítico a pre-sión de 10 bar, a la vez que se mantiene una tem-peratura constante de 30°C.

En estos ensayos se pretende conocer la influen-cia de la escala en los procesos detectados en lasceldas pequeñas, y valorar el efecto de la salinidady variación de la composición química del agua in-tersticial en el comportamiento global de la bento-nita. Debido a la longitud del camino a recorrer,se podrá evaluar el transporte de los diferentescomponentes en la fase f lu ida, a lo largo de la co-lumna de bentonita, observando la posible rela-ción de la evolución de la salinidad con las propie-dades físico-químicas, con la fábrica mineral y suinfluencia en el comportamiento de algunas pro-piedades mecánicas e hidráulicas.

La hidratación y el calentamiento en las celdas sehará para tres tiempos distintos: medio año, unaño y dos años. Para cada t iempo, el ensayo sehará simultáneamente en dos celdas. La probetade una de las celdas se utilizará para realizar unmuestreo exhaustivo y determinar las propiedadesfísico-químicas (absorción aniónica y catiónica),microporosidad (BET), migración de sales y cam-bios mineralógicos y cristaloquímicos. La otra cel-da se dedicará a la extracción del agua intersticialy a la determinación de propiedades hidráulicas ymecánicas (permeabil idad e hinchamiento). Al dis-poner de un volumen importante de material seprevé realizar extracción del agua intersticial me-diante compactación a alta presión.

5.3.2 Ensayos de cambio iónico

El cambio iónico es uno de los procesos que tie-ne una importancia relevante en la geoquímica dela barrera de arcilla, tanio desde la perspectiva dela interacción esmectita-agua granítica, como des-de el punto de vista de la retención de radionuclei-dos. La interacción del agua granítica con la ba-rrera de arcilla, acoplada con el efecto térmico,producirá movilización y redistribución de iones enlas barreras de arcilla y la modificación del com-plejo del cambio de la esmectita. La modificación,en principio, más negativa sería la potasificaciónde la esmectita, como etapa previa a la transfor-mación en ¡Hita.

De cualquier forma, aunque el proceso de pota-sificación y ulterior illitización pudieran descartarse,se considera básico conocer las modificaciones delcomplejo y de la capacidad de cambio del mate-rial de la barrera, puesto que la retención por

cambio iónico de radionucleidos es una funciónfundamental que podría ser afectada. En este sen-tido, la investigación que se realizará durante laetapa operacional está dirigida a conocer la selec-tividad del proceso de cambio con respecto a loscationes presentes en el agua granítica y con res-pecto a los cationes movilizados en la barrera dearcilla, a determinar el efecto de la temperatura ya establecer las ecuaciones que gobiernan el equi-librio y la cinética del proceso. Estos resultados sonfundamentales para la modelación geoquímica delcampo próximo y, especialmente, para la evalua-ción de las interacciones entre los radionucleidos yla esmectita.

Los ensayos se realizarán en reactores de PFA. Labentonita se colocará en bolsas de diálisis, quepermiten el paso de iones pero bloquean las partí-culas de silicatos. Este sistema de ensayo facilitalas operaciones de renovación de las solucionesacuosas, sin necesidad de lavado y centrifugadode la bentonita.

Se harán numerosos ensayos, en que la bentoni-ta se someterá a temperaturas diferentes en pre-sencia de soluciones acuosas de varias composi-ciones químicas y una gama variada de tiemposde ensayo. Al final del tiempo de cada ensayo, seanalizarán las fases sólida y líquida. En la fase sóli-da se hará difracción de rayos X, determinación decationes de cambio, capacidad de cambio catióni-co y superficie específica. En las soluciones acuo-sas se analizará Ca, Mg, Na y K y aniones, pH yanálisis complementarios. Se harán dos tipos deensayos: uno para simular flujo rápido (de 1 a 360días, con renovación semanal de \a solución) yotro flujo lento o estático (entre 1 y 3 años, con re-novación de la solución cada 6 meses). Todos es-tos ensayos serán hechos por CSIC-Zaidín.

Se espera obtener información sobre los aspec-tos siguientes:

-̂í Velocidad de adsorción de cada uno de loscationes presentes en las soluciones acuosasgraníticas.

• Velocidad de desorción de los cationes decambio interlaminares de la montmorillonita.

• Efecto de la temperatura en esos procesos.

• Ecuaciones de la cinética de los iones decambio.

• Modelo de cationes de cambio.

• Recomendaciones de los cationes interlami-nares ideales en la montmorillonita inicial,con el objeto de minimizar su transformaciónen ¡Hita.

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6PROGRAMA DE GARANTÍA

DE CALIDAD/CONTROLDE CALIDAD

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167

ó. Programa de garantía de calidad / control de calidad

6.1 General

El FEBEX es básicamente un proyecto de I + D,pero ENRESA decidió aplicarle un programa degarantía de calidad, por las razones que se indicanmás adelante.

Los programas de garantía de calidad se implan-tan, básicamente, en grandes procesos de manu-factura o en grandes proyectos de ingeniería. Losrequisitos de garantía de calidad deben ser pro-porcionales al grado de complejidad del proyecto.En general, se puede decir que con la aplicaciónde un programa de calidad se pretende que el tra-bajo se realice de una manera sistemática y plani-ficada. De esta forma se disminuye la probabilidadde ocurrencia de errores y disfuncionalidades debi-dos a la compleja interrelación entre las distintasorganizaciones involucradas en el proyecto.

A continuación se presenta una descripción resu-mida del programa de garantía de calidad aplica-do al proyecto. Para detalle del programa ver eldocumento 70-ST-M-0-02, Garantía de calidad enel proyecto FEBEX [17].

6.2 La garantía de calidad en ENRESA

•

Proyecto de Almacenamiento Geológico Pro-fundo (AGP) de ENRESA. Como futura insta-lación nuclear, el AGP está sometido a laaplicación de un programa de garantía decalidad, que se aplicará, entre otras activida-des, a la obtención de los datos de partidade diseño.

Imposibilidad de mantenimiento o repara-ción de algunos componentes fundamentalesde los dos ensayos a gran escala, en la eta-pa operacional del experimento. En estascondiciones, resultaba aconsejable aplicarun programa de garantía de calidad para in-crementar el control de calidad en la fabrica-ción y en el montaje de algunos componen-tes de los ensayos. De esta forma se preten-día reducir la probabilidad de ocurrencia defallos en la etapa operacional.

Interrelaciones complejas entre las numero-sas organizaciones participantes, en las fasesde diseño, fabricación, montaje, ensayos, einterpretación de los resultados. Como he-rramienta de dirección del proyecto resultabaaconsejable la garantía de calidad para re-glamentar las actividades y relaciones entrelos grupos de trabajo.

Coste financiero significativo.

ENRESA es una empresa pública española cuyamisión es la gestión de los residuos radiactivos, porlo que dispone de un sistema de garantía de cali-dad basado en la normativa nuclear. Este sistemaes de aplicación obligatoria únicamente a las acti-vidades relacionadas con la seguridad nuclear y laprotección radiológica de instalaciones nuclearesde cuya explotación es titular, así como al trans-porte de residuos radiactivos. Además, ENRESA tie-ne el registro como empresa certificada por AE-NOR, debido a que su sistema de calidad está ba-sado también en la norma UNE-EN-ISO-9001,que es de aplicabilidad más general.

De lo anterior se concluye que la aplicación delsistema de calidad en ENRESA es obligatoria o vo-luntaria dependiendo de la naturaleza del proyec-to. Los proyectos de I + D, en general, no están so-metidos a la aplicación del sistema de garantía decalidad. Sin embargo, se decidió aplicar el sistemade calidad al proyecto FEBEX, por las siguientes ra-

zones:Se espera que los resultados de FEBEX seande utilidad como datos de partida para el di-seño o la evaluación del comportamiento del

6.3 La garantía de calidad en el proyectoFEBEX

El objetivo básico de la implantación de la siste-mática de la garantía de calidad en el proyecto fueincrementar la probabilidad de éxito del proyectoen sus objetivos de demostración y de modelación.No obstante, la decisión de aplicar el sistema setomó después de comenzado el proyecto, lo queha supuesto ciertas dificultades en su implantación,como se indica más adelante.

6.3.1 Dificultades previstas

Para la implantación del programa de garantíade calidad, se tuvieron en cuenta las siguientes di-ficultades:

U Falta de familiarización con los programas,requisitos, y procedimientos de garantía decalidad, de la mayoría de las organizacionesparticipantes.

169


• Dif icultades en el suministro de a lgunos ele-mentos somet idos a garant ía de ca l idad , porno estar disponibles comerc ia lmente con lascaracterísticas exigidas.

Zi Incert idumbres en algunas características ne-cesarias para la instrumentación de los ensa-yos a g ran escala (sel lado, rango de med ida ,etc.)

Ü Incert idumbres en la naturaleza y cuant i f ica-c ión de esfuerzos y otras variables para el d i -seño de los ensayos a gran escala.

• Incert idumbres en los valores de ciertos pará-metros o constantes a utilizar en las mode la -ciones.

• Dif icultades para garant izar las interrelacio-nes entre las diferentes organizaciones part i -cipantes en el proyecto (algunas extranjeras).

• Ap l i cac ión del p rog rama después de comen-zado el proyecto.

6.3.2 Elementos del sistema de garantíade calidad

Como se ha dicho anteriormente, ENRESA deci-dió aplicar al proyecto FEBEX un programa de ga-rantía de calidad después de iniciado el diseño demuchos elementos del proyecto. De hecho, la apli-cación del programa se inició en el último trimestrede 1995. El Test Plan del Ensayo "In situ" [1] sehabía emitido en ¡unió del 95 y el de la "maqueta"[2] estaba prácticamente terminado.

El programa de garantía de calidad debe conte-ner los elementos de control del diseño, por lo quedebe ser emitido previamente. Por lo dicho, es ob-vio que no se ha cumplido esta condición. Algo si-milar ha ocurrido en otros aspectos como algunoscontroles de suministros, etc.

En conclusión, no ha sido posible aplicar de for-ma completa un programa de garantía de calidad.No obstante, en el inicio se pensó en la forma deaplicación de los elementos básicos para conse-guir en el mayor grado posible el objetivo de unprograma de calidad: que el trabajo se realice demanera sistemática y planificada.

Por esta razón los criterios de garantía de cali-dad se aplicaron simultáneamente al desarrollo delproyecto. Por consiguiente, la aplicación del pro-grama se hizo por orden de prioridad en funciónde la necesidad del trabajo, en lugar de hacerloen el orden habitual. A continuación se describen

los diferentes elementos del sistema siguiendo elorden cronológico de su aplicación.

6.3.2.1 Control de documentos

En primer lugar se emitió el procedimiento decontrol de documentos del proyecto. Se pretendíaalcanzar las mayores cotas de homogeneidad ysistemática en la codificación, distribución, edi-ción, uso, y cancelación de los documentos emiti-dos por las diferentes organizaciones participantes.Esto resultaba bastante urgente debido a que elvolumen de documentación generada comenzabaa ser grande. Además era necesario sistematizar ladistribución de la documentación para informacióno comentarios entre las diferentes organizacionesparticipantes. Por consiguiente, se aplicó este pro-cedimiento sin esperar siquiera a la emisión delprograma de garantía de calidad del proyecto.

6.3.2.2 Programa general de garantía de calidad (GC)

A continuación del procedimiento anterior, seelaboró el programa de GC del proyecto, que,después de sometido a revisión de las organizacio-nes participantes, se emitió en enero de 1 996.

El programa está basado fundamentalmente enla capacidad ya adquirida por ENRESA al disponerde su propio sistema de calidad. El resto de orga-nizaciones participantes (particularmente universi-dades y organismos de investigación), en general,no disponían de sistemas de calidad propios, y porello se basó el programa en el sistema de ENRESA,que se extendió hacia el resto de organizaciones. Alos organismos extranjeros participantes (GRS, yG.3S fundamentalmente, pues la colaboración deANDRA se limitó, desde el punto de vista de la ca-lidad, a la adquisición de instrumentación de me-dida de humedad), se les entregó el programa,pero la calidad de sus trabajos se encomendó asus propios grupos de gestión de calidad, por loque en lo que sigue no se hace mención a sus ac-tividades.

Durante el resto del proyecto, las organizacionesnacionales participantes desarrollaron procedi-mientos propios (de acuerdo con el procedimientode control de documentos ya señalado) con mayoro menor extensión dependiendo del volumen deactividades adjudicadas. Sólo en el caso de AITE-MIN se llegó a aprobar un manual de calidad pro-pio, basado en la norma ISO 9001, y que fue im-plantándose a lo largo del proyecto.

170

6. Programa de garantía de calidad / control de calidad

A continuación se describen los principales as-pectos que se pretendía cubrir y que están inclui-dos en el programa de G C .

Definición de la organización del proyecto, in-cluidas las líneas de comunicación y autoridad aemplear entre las distintas organizaciones partici-pantes. En general se puede decir que hasta elmomento la información ha podido ser centraliza-da bastante satisfactoriamente por la SecretaríaTécnica del proyecto. Aunque no se ha conseguidoun cumplimiento total de lo establecido en el pro-grama, es bastante aceptable el grado de cumpli-miento alcanzado.

El programa de G C incluye además una descrip-ción de las responsabilidades (principales o secun-darias) de las organizaciones participantes en lasdiferentes fases del proyecto, lo que ha sido bas-tante útil para la determinación del responsableprincipal de cada actividad.

El programa incluye asimismo el alcance de losdistintos requisitos de G C aplicables a cada unade las sucesivas fases del proyecto. También se ex-plican con detalle los significados de cada uno deios distintos requisitos de GC y cómo se aplican enel proyecto.

Contiene otras informaciones de uti l idad, comoel programa de intervenciones del Departamentode Gestión de Cal idad de ENRESA (que asumió lasfunciones de control de inconformidades y audito-ría para todo el proyecto, debido a las carenciasmencionadas de organización de la calidad de lasorganizaciones participantes), o la definición de losregistros de calidad a generar en el proyecto, etc.

6.3.2.3 Procedimientos administrativos

Posteriormente se emitieron unos borradores deprocedimientos administrativos, con el objeto deque cada organización participante pudiera prepa-rar los suyos propios adaptados a su idiosincrasia ya sus circunstancias particulares. Quedó exceptua-do el procedimiento de control de documentos,que, como se explicó anteriormente, fue emitidopor ENRESA para aplicación a todas las organiza-ciones participantes en aras de la mayor uniformi-dad. La otra excepción fue el procedimiento decontrol de muestras, también emitido por ENRESApara asegurar la uniformidad en la designación delas muestras por todas las organizaciones partici-pantes.

No se pudo implantar el control de diseño, comoelemento de garantía de calidad, puesto que,como se ha dicho anteriormente, gran parte del di-

seño se había realizado con anterioridad a la emi-sión del programa GC, pero sí se emitieron proce-dimientos para el control del software por parte delas universidades encargadas de la modelación.

AITEMIN implantó un sistema de control de su-ministros descrito en procedimientos, que fue apli-cado para el control del suministro de los compo-nentes principales del ensayo "in situ". CIEMATtambién consiguió que los suministradores implan-taran un control de calidad en la fabricación de al-gunos componentes del ensayo en "maqueta".

El control de pruebas y de equipos de medida yensayo fue también establecido en procedimientospor las diferentes organizaciones.

Para la documentación del montaje de los dosensayos a gran escala, así como tie sus pruebasde recepción, calibración, funcionales y de acepta-ción, se decidió el empleo de Planes de Calidad(Programas de Puntos de Inspección).

6.3.2.4 Control de diseño

Puesto que, en el momento de la aprobación delprograma general de garantía de calidad del pro-yecto, algunos de los diseños estaban ya termina-dos (Test Plan [1 , 2]), la única opción de garantíade calidad fue la revisión del diseño internamenteen ENRESA. La revisión se dirigió básicamente aanalizar las bases de partida de diseño y las nor-mas y métodos de cálculo utilizados. A continua-ción se presenta un resumen de estos aspectos deldiseño de los componentes de los dos ensayos agran escala.

El diseño de la galería y la especificación de lascaracterísticas de los sondeos hidrogeológicos delensayo "in situ", se hicieron aprovechando la infor-mación existente, y, en general, utilizando los aná-lisis y condiciones de diseño del proyecto genéricodel AGP Granito, que fue realizado de acuerdocon un programa de garantía de calidad. Tambiénel diseño de los calentadores trató de aproximarseal máximo (en dimensiones y peso) a las condicio-nes de la cápsula de referencia del Proyecto AGPGranito.

Para el tapón de hormigón no existía un diseñodetallado en el proyecto AGP. El diseño preliminarfue realizado por la UPM. El diseño de detalle, de-sarrollado por AITEMIN con apoyo experto, fue re-visado por ENRESA.

Para la instrumentación, se pudo revisar y discutirsu elección (tipo), sus condiciones de rango, capa-cidad de resistencia ambiental (y aislamiento), ido-

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neidad, y posibil idades de cal ibración. El cableadose diseñó con cubierta de Teflón para su aisla-miento del entorno. En general , y debido a la faltade antecedentes comerciales, no se pudo estable-cer un control formal del diseño.

Para el diseño del sistema de potencia eléctricatampoco existían antecedentes. La principal entra-da de diseño, en este caso, no fue la potencia realde los elementos de combust ible, sino una condi -ción de contorno de temperatura constante en lasuperficie de los calentadores. AITEMIN hizo tam-bién el diseño de detalle del sistema de control depotencia y del sistema de monitorización y controldel ensayo " in situ". Se pudo revisar críticamenteambos diseños, aunque tampoco en este caso, pormotivos de calendar io, se pudo implantar el con-trol fo rmal de diseño.

En el diseño fueron necesarias algunas modif ica-ciones, como , por e jemplo, la del diámetro de lagalería, que se redujo en varios centímetros parapoder utilizar la máquina de perforación (TBM) dis-ponible en la fecha programada para su ejecución.

Para el ensayo en "maque ta " , no se contaba conantecedentes, por lo que el CIEMAT tuvo que ha-cer el diseño mecánico a partir de los datos debase como , por e jemplo, la presión de diseño (ob-tenida por adición de la presión de hinchamientode la bentonita con la de la columna de agua).

La estructura de conf inamiento y los calentadoresde la "maque ta " fueron diseñados, consecuente-mente, de acuerdo con los datos de partida men-cionados y con la Sección VIII, División 2 del Cód i -go ASME. Los tanques del sistema de hidratacióntambién fueron diseñados de acuerdo con la Sec-ción VIII del Cód igo ASME. Debido a los ya men-cionados problemas de calendar io, el control for-mal del diseño fue sustituido por una revisión inter-na en ENRESA.

La instrumentación y el sistema de control de po-tencia tiene características similares a las del ensa-yo " in si tu", aunque hay que destacar que las solu-ciones adoptadas en ambos casos son bastante di -ferentes, lo que favorecerá un análisis comparat ivoal f inal del proyecto. Para el sistema de monitoriza-ción y control se utilizó el mismo diseño básico queen el ensayo " in situ".

6.3.2.5 Control de suministros

Por un lado, el Departamento de Gestión de Ca-lidad de ENRESA hizo la evaluación de las organi-zaciones nacionales participantes en el proyecto enrelación con su situación respecto a la calidad. Ya

se ha comentado que las organizaciones partici-pantes no disponen de un sistema de calidad pro-pio (excepto AITEMIN). Consecuentemente, la eva-luación se dirigió fundamentalmente a la compro-bación de la disponibilidad de procedimientos y demedios materiales y humanos para la realizaciónde sus actividades. Las evaluaciones indican que elnivel de calidad es razonablemente satisfactoriopara las características del proyecto.

Por otro lado, se pretendió implantar el controlde suministros, pero solamente para la adquisiciónde los componentes principales de los dos ensayosa gran escala. En el caso del ensayo "in situ" loscomponentes principales sometidos a GC fueronla galería, el tubo guía, los calentadores, los blo-ques de bentonita, el tapón de hormigón, la instru-mentación (excluidos los TDR debido a su carácterexperimental), el cableado, y los sistemas de con-trol de potencia, de monitorización y control y deadquisición de datos. Para el ensayo en "maque-ta", los componentes principales fueron los mismosque en el ensayo "in situ", excepto obviamente lagalería y el tapón de hormigón, pero con el añadi-do de la estructura de confinamiento y del sistemade hidratación.

Para el ensayo "in situ", AITEMIN implantó uncontrol de acuerdo con su procedimiento adminis-trativo interno. Hay que destacar que los calenta-dores y el tubo guía fueron fabricados de acuerdocon un programa de garantía de calidad y deacuerdo con un programa de puntos de inspec-ción, que cumplía con la División I de la SecciónVIII del Código ASME. El plan de ensamblaje yprueba de los armarios de los sistemas de controlde potencia fue revisado para incorporar pruebasadicionales como refuerzo de la calidad en la fa-bricación. Se revisaron los pedidos de la instru-mentación para incorporar requisitos de aislamien-to, de calibración, y ambientales. La fabricación delos bloques de bentonita estuvo sometida a especi-ficaciones y procedimientos de fabricación emiti-dos particularmente por AITEMIN.

Para la "maqueta", por motivos de calendario,sólo fue posible comenzar la revisión de los planesde suministro cuando estaba en proceso la fabrica-ción de los componentes principales. En todocaso, al detectarse aspectos susceptibles de mejorase pudo proceder a tomar acciones correctivas. Laestructura de confinamiento de la "maqueta" fuefabricada de acuerdo con un programa de puntosde inspección que cumplía con la División I de laSección VIII del Código ASME. Los calentadoresfueron fabricados de acuerdo a código, pero fue

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6. Programa de garantía de calidad/ control de calidad

preciso reformar el diseño de la soldadura entre lasuperficie lateral de los calentadores y los fondospara poder efectuar el radiografiado de dicha sol-dadura y asegurar su calidad. Los depósitos delsistema de hidratación fueron fabricados de acuer-do con la División I de la Sección VIII del CódigoASME, y probados de acuerdo con el Reglamentode Aparatos a Presión español. También para la"maqueta", se revisaron los pedidos de la instru-mentación para añadir requisitos de calibración yambientales. Asimismo la fabricación de los blo-ques de bentonita estuvo sometida a control de ca-lidad.

6.3.2.6 Montaje de los dos ensayos a gran escala

Ya se ha comentado que los montajes de ambosensayos se documentaron mediante el uso de pro-gramas de puntos de inspección. Estos programasreferenciaban los procedimientos de montaje opruebas a emplear y resultaron de gran utilidad:en primer lugar, como ayuda a la planificación yrevisión independiente de todas las tareas a reali-zar, y, en segundo lugar, para clarificar y docu-mentar la realización de dichas tareas.

Antes de comenzar el montaje del ensayo "insitu" se realizaron algunas actividades con implica-ciones de calidad. Una de estas actividades fue elmontaje de una maqueta de hormigón para la ve-rificación previa de la viabilidad de instalación delos bloques de bentonita. También se hicieron ins-pecciones de recepción y calibraciones de la ins-trumentación, así como el preensamblaje de arma-rios. Otra actividad documentada con implicacio-nes de calidad fue el envío cronológico de todo elmaterial necesario a Suiza tras planificar la inten-dencia.

El montaje del ensayo "in situ" comenzó a princi-pios del verano de 1996 y la fecha límite para eltransporte de equipos era noviembre de 1996, de-bido a que el emplazamiento es accesible por ca-rretera solamente de mayo a noviembre. Por estarazón, su planificación fue muy importante, tenien-do en cuenta además la necesidad de coordina-ción con otras organizaciones participantes comoGRS, G.3S y NAGRA.

Las actividades del montaje con mayores impli-caciones de calidad fueron: la documentación dela ubicación de la instrumentación y su verificaciónprevia y posterior al montaje; la documentación dela densidad de la bentonita instalada por rebana-das de bloques; el montaje de los tramos del tuboguía y su alineación; la reducción del contenido de

humedad en el ambiente para evitar el hincha-miento de la bentonita durante el montaje; la in-troducción de los calentadores dentro del tuboguía; los ensayos de control del hormigón para eltapón; la construcción de éste; el paso de cables ysu aislamiento a través del tapón de hormigón; laconexión de cables a los armarios; las pruebasfuncionales de los mismos; las pruebas del sistemade monitorización y control; pruebas finales; y ladeterminación de los parámetros del sistema decontrol de potencia.

En el montaje de la "maqueta", las actividadescon mayor implicación sobre la calidad fueron lassiguientes: pruebas del sistema de hidratación; do-cumentación de la ubicación de la instrumentacióny su verificación previa y posterior al montaje; do-cumentación de la densidad de la bentonita insta-lada por rebanadas de bloques; inserción de loscalentadores; paso de cables y su aislamiento através de la estructura de confinamiento; conexiónde cables a los armarios; pruebas funcionales delos mismos; pruebas del sistema de monitorizacióny control; pruebas finales; inundación de la barrerade arcilla; y determinación de los parámetros delsistema de control de potencia

Todos los aspectos anteriores están detallada-mente documentados en los Dossieres Finales dedatos.

6.3.2.7 Planes de mantenimiento y calibracionesperiódicas

Desde el punto de vista de garantía de calidad,se considera necesario elaborar unos manuales deoperación para los dos ensayos de gran escala.Por el momento sólo se ha emitido un manual deoperación y calibración del sistema de control depotencia de la "maqueta".

6.3.2.8 Modelación

Se han emitido procedimientos para la ediciónde los documentos de diseño del software. Estosprocedimientos permiten el control de las especifi-caciones de requisitos y de diseño de los distintoscódigos, sus planes de verificación y validación,los informes de realización de dichas actividades, ylos manuales de usuario. Los procedimientos fue-ron emitidos por las organizaciones encargadas dela elaboración de los modelos y de la modelación:UPC-DIT y UPM, para la modelación THM, y ULCpara la modelación THG.

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Se han realizado bastantes actividades de mode-lación en la etapa preoperacional . Actualmente es-tán en elaboración los correspondientes documen-tos de las actividades del proceso de verif icación yval idación de los códigos empleados.

6.3.2.9 Ensayos de laboratorio

Durante la etapa preoperacional se han realiza-do ensayos de laboratorio para la determinaciónde parámetros para la modelación. Desde el puntode vista de la calidad hay que mencionar que es-tán sujetos al control de ensayos, lo que significasu documentación a través de procedimientos deensayo, la conservación de sus registros, y la im-plantación del control de los equipos de inspec-ción, medida y ensayo.

6.3.2.10 Intervenciones periódicas de Garantíade Calidad

El Departamento de Gestión de Calidad de EN-RESA, de acuerdo con el programa de garantía decalidad del proyecto, se ha encargado de realizarauditorías internas en ENRESA y externas a las or-ganizaciones participantes en el proyecto. Las in-conformidades planteadas se han resuelto satisfac-toriamente.

También se han realizado supervisiones e ins-pecciones durante la fabricación de los compo-nentes principales (estructura de confinamiento dela "maqueta" y calentadores de ambos experimen-tos), y durante la calibración de la instrumentación,el montaje y las pruebas de armarios, el montajede los dos ensayos a gran escala y sus pruebas fi-nales.

El Departamento de Gestión de Calidad de EN-RESA se ha ocupado de la gestión de las inconfor-midades documentadas generadas en el proyecto.

6.3.3 Areas con problemasAunque, como se había previsto, se han detecta-

do dificultades en la aplicación hecha hasta ahoradel programa de garantía de calidad, en muchoscasos se ha debido a la premura obligada por losplazos ajustados de ejecución; en otros han surgi-do por la falta de información sobre determinadoscampos novedosos de aplicación.

Quizás la mayor dificultad a la que se ha enfren-tado el proyecto, desde el punto de vista de la cali-dad, es la falta de familiaridad de los participantes

174

del proyecto con los términos, elementos, procedi-mientos y actividades o programas de garantía decalidad. Aunque se había previsto como objetivoinicial un programa de formación para todos losparticipantes, no se pudo realizar por falta de tiem-po. Se estudiará si todavía merece la pena efec-tuarlo, teniendo en cuenta el trabajo pendientehasta la terminación del proyecto.

Otra dificultad importante prevista ha sido laaplicación del programa de calidad después decomenzado el proyecto.

Estas dificultades en la implantación del progra-ma de calidad han conducido a ciertos problemasde calidad, como los que de forma resumida seenuncian a continuación:

:_) Uso de códigos no actualizados de diseño ofabricación.

Zi Pequeñas discrepancias con requisitos de fa-bricación de código, causadas por un flujode información deficiente.

• Problemas de diseño en los calentadores paracumplir con algunos requisitos de código.

• Elección del Teflón como elemento protectorde los cables. El Teflón soluciona el proble-ma de las interacciones químicas con el am-biente, pero ha ocasionado problemas desellado en los pasos de cables.

U El diseño del paso de cables a través del ta-pón de hormigón.

Q Dificultades con ciertos suministradores casiexclusivos por condicionamientos de suminis-tro o de ubicación para que cumplieran cier-tos requisitos, o normas internacionales.

_) Cambios de diseño producidos durante elproyecto han ocasionado pérdidas de infor-mación entre algunas organizaciones partici-pantes, al no haber existido control formal dediseño.

Zi Cambio de la forma de realizar la inundaciónde la barrera de arcilla en la "maqueta".

Todas estas dificultades y problemas a los que seha enfrentado el proyecto, han proporcionado unaprendizaje y, en general, se han resuelto satisfac-toriamente.

6.4 Conclusiones

De la experiencia obtenida en la aplicación delprograma de garantía de calidad durante la etapapreoperacional, se pueden extraer una serie de

6. Programa de garantía de calidad / control de calidad

conclusiones que pueden ser útiles no sólo para elresfo de este proyecto, sino para otros proyectosde I + D. Entre las conclusiones más importantes, sepueden enunciar las siguientes:

1) Se confirma la aplicabil idad de un programade calidad a un proyecto de I + D, lo que ini-cia Imente se ponía en duda. Las peculiarida-des propias de un trabajo de investigación ylas de los grupos de trabajo dedicados a estetipo de actividad pueden y deben ser tenidasen cuenta en la elaboración del programa.

Esta conclusión es relevante, puesto que elproyecto de investigación tiene que estar so-metido a garantía de cal idad, si sus resulta-dos se utilizan como datos de entrada paraun proyecto sujeto obligatoriamente a esterequisito.

2) Específicamente, en el proyecto FEBEX, el pro-grama de garantía de calidad ha sido muyútil en los dos aspectos siguientes:

• Como ayuda a la gestión del proyecto,básicamente debido a la reglamentaciónde documentos, codificación de muestrasy definición de las interrelaciones entregrupos.

Q Como elemento de control de calidad enel diseño, fabricación y montaje de com-ponentes principales de los dos ensayos agran escala.

Aunque el programa se inició después deavanzado el diseño, el grado de éxito en suaplicación ha sido superior al previsible.

3) Se estima que la aplicación del programa, enlas etapas siguientes del proyecto, contribuiráa la calidad de los resultados de ensayos delaboratorio, del desarrollo de modelos y delas modelaciones de los dos ensayos a granescala.

4) Es obvio que, para cumplir sus objetivos, elprograma de calidad tiene que ser apl icadodesde la conceptualización del proyecto.

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7ETAPAS FUTURAS

DEL EXPERIMENTO

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7. Etapas futuras del experimento

C o m o se ha indicado en el Capítulo 1 , el FEBEXconsta de tres partes principales: un ensayo "insitu" en condiciones naturales y escala real, un en-sayo en "maqueta" en condiciones controladas yescala próxima a la real, y un conjunto de ensayosde laboratorio dir igido a la obtención de paráme-tros fundamentales y a la investigación y compren-sión de los procesos que tienen lugar en la barrerade arcil la.

En este informe se ha expuesto un resumen delos trabajos realizados y de los resultados obteni-dos en la etapa preoperacional del proyecto (me-diados de 1994 a principios de 1997), que ha co-rrespondido a la actividad desarrollada desde laconceptualización del experimento hasta la puestaen marcha (calentamiento e hidratación) de losdos ensayos a gran escala. Durante esta etapa sehan realizado también modelaciones THM y THGde los dos grandes ensayos, se han hecho ensayosde caracterización de la bentonita y de la roca, yse han programado los ensayos de laboratorio arealizar durante la etapa operacional.

A continuación se describe someramente el con-tenido de las siguientes etapas hasta la finalizacióndel experimento: etapas operacional , de desman-telamiento y de evaluación final del experimentocompleto.

7.1 Etapa operacional

Esta etapa comprende las fases de calentamientoy enfriamiento de los dos ensayos a gran escala.La fase de calentamiento está programada parauna duración de tres años, desde principios de1997 a principios del año 2000. Por las estimacio-nes actuales, la fase de enfriamiento puede ser detres meses. Es decir, la etapa operacional puedeextenderse entre principios del año 1997 hastamediados del año 2000.

Durante esta etapa se hará la mayor parte de lasactividades de investigación, tanto experimentalcomo de desarrollo de modelos.

Actividades experimentales:

• Operación y adquisición de los datos de mo-nitorización de los dos ensayos de gran esca-la.

• Ejecución del conjunto de ensayos de labo-ratorio más relacionados con la investigaciónde procesos que se producen en la arcilla.

Actividades de desarrollo de modelos:

• Mejora de los modelos constitutivos termo-elasto-plásticos actuales.

Ü Desarrollo de modelos de heterogeneidadesy juntas.

• Desarrollo de modelos de procesos geoquí-micos.

• Mejora y ampliación de los códigos THM yTHG actuales para incluir los modelos cons-titutivos desarrollados.

Las actividades experimentales y teóricas estaráninterrelacionadas e integradas: por una labor con-tinua de control de los experimentos de gran esca-la; por las tareas periódicas de análisis e interpre-tación de los datos que suministran; por la formu-lación matemática de procesos descubiertos en losensayos de laboratorio descritos en el Capítulo 5;y por la validación parcial de modelos constitutivosy códigos, mediante la modelación de los experi-mentos de laboratorio.

Se realizarán también los ensayos necesarios decaracterización para completar la obtención de losparámetros requeridos en las modelaciones finalesTHM y THG.

Finalmente, una tarea básica a realizar durantela etapa operacional es la planificación del des-mantelamiento de los dos ensayos a gran escala.

7.2 Etapa de desmantelamiento

El desmantelamiento de los dos ensayos de granescala es una parte fundamental de la adquisiciónde datos en relación con los objetivos del proyec-to. Esta operación tiene tres aspectos importantes:inspección y registro gráfico del estado final de loscomponentes de los ensayos, toma de muestras delos materiales y ensayos de laboratorio.

Existen aspectos críticos que sólo pueden serabordados durante el desmantelamiento. Algunosde estos aspectos son: estado final de la interfazbarrera de arcilla-granito, sellado de fisuras y pe-netración de la bentonita en la microestructura delgranito, existencia de huelgos y/o caminos prefe-rentes para el agua, cierre de las ¡untas entre blo-ques, contacto entre la barrera de arcilla y los ca-lentadores, estabilidad mecánica de los calentado-res, incidencia de la corrosión en los componentesmetálicos, etc. Conocer la situación de los aspec-tos críticos indicados, al final del ensayo, es uncomplemento necesario para el objetivo de de-

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mostración relativo a la barrera de arc i l la ; ademáspermit i rá comproba r o modi f icar hipótesis de mo-delac ión y ayudará a interpretar los resultados decálculo y de la moni tor izac ión.

Las modi f icac iones geoquímicas producidas enla barrera de arci l la y en las interfaces bentoni ta-hormigón, bentonita-granito y bentonita-compo-nentes metálicos, así como la movilización de lostrazadores instalados sólo podrán ser conocidaspor el análisis comparado de los materiales antes ydespués de los ensayos. Esto implica la necesidadde la toma de muestras y su estudio en la etapa fi-nal de desmantelamiento, al no disponer de instru-mentos que hayan permitido monitorizar paráme-tros clave de la evolución geoquímica del sistema.La misma consideración es aplicable a otros com-ponentes: sensores, calentadores, tubo guía,muestras metálicas, etc.

El programa de trabajo de la etapa de desman-telamiento se desarrollará durante la etapa opera-cional. En principio se estima en unos ó meses deduración (mediados a final del año 2000). Lostrabajos de laboratorio se iniciarán tan prontocomo se obtengan las primeras muestras. Es desuponer que los trabajos de laboratorio continúendurante más tiempo del previsto inicialmente paraesta etapa.

7.3 Etapa de evaluación finaldel experimento completo

Se estima en un año el tiempo necesario paracompletar esta etapa, lo que situaría el final delexperimento hacia finales del año 2001.

Este periodo comprenderá todas las tareas demodelación y análisis finales, integración de los re-sultados del experimento completo, elaboracióndetallada de conclusiones y edición de los docu-mentos correspondientes.

En el Apartado 1.6. de este documento se hapresentado una lista de los resultados que se espe-ra conseguir. Como sumario de las conclusionesse incluirá una evaluación global del progreso he-cho por medio del proyecto FEBEX: en los criteriosde diseño y construcción de un almacenamiento;en el desarrollo y mejora de modelos numéricosTHM y THG para la evaluación del comportamien-to del campo próximo; en medios y métodos deensayos de laboratorio para determinación de pa-rámetros de entrada en los modelos; y en la apli-cación de un programa de garantía y control decalidad. Además se definirán las áreas que requie-ran más investigación en relación con el diseño yla modelación de un almacenamiento.

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8CONCLUSIONES

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8. Conclusiones

8.1 Conclusiones en relación con el primerobjetivo

8.1.1 Factibilidad de la construcción del sistemade barreras de ingeniería

El diseño, fabricación, manejo y montaje de losvarios componentes del ensayo "in situ" demues-tran la factibilidad de la construcción del conceptoAGP Granito de ENRESA. Específicamente se hademostrado: que es factible la fabricación y mane-jo a escala industrial de bloques de bentonita; quese puede conseguir una barrera con la densidadseca media requerida; y, por tanto, que el volumenmedio de huecos entre bloques, cápsulas y roca esprevisible y de magnitudes compatibles con el hin-chamiento de la bentonita para que la barreramantenga la presión de hinchamiento y la permea-bilidad especificadas.

8.1.2 Experiencia adquirida en relacióncon el diseño de un almacenamiento

Aunque, como se dice en el Capítulo 1, el ensa-yo no es una réplica exacta del concepto AGP, es-pecialmente por el tamaño y peso de los bloquesde bentonita y por la forma de montaje, a conti-nuación se describe la experiencia adquirida en al-gunos aspectos, que puede ser útil para el diseñode un futuro almacenamiento:

• El diámetro de 2,40 m para una galena dealmacenamiento, como la del conceptoAGP, es realmente muy estricto. Se consideraque una galería de este diámetro es viable,pero obliga a un diseño afinado de los equi-pos de manipulación y transporte, que debenser muy compactos y al mismo tiempo preci-sos, potentes y robustos.

• La mayor parte de las especificaciones y pro-cedimientos adoptados en FEBEX para la fa-bricación industrial de los bloques de bento-nita son, en principio, aplicables para blo-ques de mayores dimensiones: propiedadesde la bentonita granulada; características delos moldes; márgenes de tolerancias; sistemade garantía de cal idad, etc.

Los bloques del FEBEX tienen una masa delorden de 25 kg. La experiencia de fabrica-ción y manejo de estos bloques conducen a

pensar que son factibles, sin problemas espe-ciales, bloques de masa bastante mayor.Para bloques de más de 100 kg, sin embar-go, se debe probar su viabilidad técnica,puesto que pueden aparecer problemas decompactación y manejo.

• La manipulación para el montaje de bloquesde gran tamaño puede presentar dificulta-des. El equipo de montaje de los bloques,sea robotizado o teleoperado, se debe dise-ñar para que los bloques estén sometidos aesfuerzos de compresión compatibles con suresistencia (de 2 a 3 MPa) y, prácticamente,a tracción nula. Pero, lo más importante esque el huelgo entre los bloques y el tuboguía, especialmente en la zona inferior, esprácticamente nulo, por lo que el equipodebe sujetar los bloques sólo por su carafrontal.

• Un factor muy importante a tener en cuentaes la influencia que la humedad ambientaltiene en la integridad mecánica de los blo-ques de bentonita. Es necesario un adecua-do control del ambiente en los espacios dealmacenamiento, manipulación y montaje delos bloques. Este efecto se debe estudiar enmás detalle, para establecer los límites admi-sibles de humedad en función del tiempo deexposición. Sin embargo, la presencia deuna película de agua en las paredes de lagalería, parece que no plantea problemasdesde el punto de vista del montaje.

O Un factor crítico para la inserción de las cáp-sulas, es la alineación del tubo guía respectodel eje de la galería. La superficie de la gale-ría inevitablemente tiene irregularidades y nopuede tomarse como base de referencia; losbloques tienen también irregularidades. Porlo tanto, no es fiable la alineación del tuboguía, si se apoya simplemente sobre unacama de bloques colocados previamente. Enrealidad la alineación del tubo guía debehacerse en relación con las vías y el equipode inserción, para conseguir el enfrentamien-to adecuado de la cápsula con el tubo. Na-turalmente influye también la magnitud delhuelgo entre el tubo y la cápsula, la formade cabeza de la cápsula, o los elementos decentrado en el equipo de inserción.

• El diseño y ejecución de los tapones de hor-migón requieren atención especial en los dos

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aspectos siguientes: forma de ejecutar la so-breexcavación para su anclaje y forma dehormigonado para conseguir un buen con-tacto entre el hormigón y la roca en toda susuperficie periférica. Se requiere hacer prue-bas específicas para resolver con f iabi l idadestos aspectos.

Una parte del objetivo de demostración, es co-nocer el estado de la barrera después de la hidra-tación y el calentamiento. Pero esta parte del obje-tivo sólo se puede conseguir durante el desmante-lamiento de los dos ensayos a gran escala. Lo mis-mo ocurre con el sistema de instrumentación.

Todas estas conclusiones han sido obtenidas porAITEMIN durante el proceso de diseño y construc-ción del ensayo " in situ".

8.1.3 Programa de garantía y controlde calidad

Este es otro aspecto incluido en el primer objeti-vo. Aunque la aplicación del programa se iniciódespués de que se hubiese diseñado gran parte delos componentes físicos, ha contribuido a mejorarel control de la calidad durante la fabricación y elmontaje de los componentes físicos de los dos en-sayos a gran escala.

Sin embargo, es obvio que, para esta parte delproyecto, la aplicación del programa de calidad essimilar a la de un proceso industrial cualquiera. Suaplicación era necesaria debido a que se debía re-ducir la probabilidad de fallo de los elementos fun-damentales, que son inaccesibles para su repara-ción en el caso de mal funcionamiento.

La conclusión más importante es la confirmaciónde que es aplicable un programa de garantía decalidad a todo el proceso de investigación.

Debido a las peculiaridades de un proceso de in-vestigación y, consecuentemente, de los científicose ingenieros encargados de su desarrollo, el pro-grama de calidad debe incluir los mecanismos deadaptación a los hallazgos e innovaciones que seproduzcan durante el proceso.

Esta conclusión es importante, puesto que, si losresultados se utilizan como datos de entrada de di-seño de otro proyecto que obligatoriamente estésometido a garantía de calidad, el proyecto de in-vestigación tiene que estar sometido también aeste requisito.

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8.2 Conclusiones en relación con el segundoobjetivo

El estudio de los procesos THM del campo próxi-mo (especialmente de la barrera de arcilla), que esel enunciado del segundo objetivo del proyecto,solamente se ha iniciado durante la etapa preope-racional.

Obviamente, para su consecución, este objetivorequiere todo el proceso de experimentación, tantode los dos ensayos a gran escala como de los en-sayos de laboratorio. Además requiere el desarro-llo de determinados aspectos de los modelos nu-méricos de cálculo, a realizar durante las etapassiguientes del proyecto.

No obstante, mediante el análisis de los ensayosde laboratorio, la observación de las barreras dearcilla después de construidas y, especialmente, losresultados de la modelación preoperacional de losdos ensayos a gran escala, se ha llegado a deter-minadas conclusiones que han permitido la pro-gramación más específica del trabajo futuro en re-lación con este objetivo.

Las varias modelaciones paramétricas han per-mitido comprender mejor el comportamiento THMde la barrera de arcilla y, lo que es más importan-te, han permitido distinguir los parámetros e hipó-tesis que más condicionan el comportamiento. Porejemplo, las curvas de retención de la bentonita ydel granito. En función de la influencia del pará-metro y de la incertidumbre de los resultados ac-tuales de los ensayos de laboratorio, se ha plan-teado un programa de ensayos para reducir el in-tervalo de variación de los parámetros.

También se ha comprobado la necesidad de de-sarrollar modelos de discontinuidades en la roca yen la barrera. Para la barrera ya se ha iniciadoeste modelo en la etapa preoperacional.

Además se ha llegado a la conclusión de que elanálisis de los primeros datos de monitorización dela "maqueta" y del ensayo "in situ" permitirá el es-tablecimiento de hipótesis más adaptadas a la rea-lidad física de ambos ensayos.

En resumen, en la etapa preoperacional se haavanzado, no sólo en algunos aspectos del mode-lo numérico, sino básicamente en la metodologíadel trabajo -integrando experimentación de labo-ratorio, datos de monitorización y modelación- aseguir durante las etapas siguientes, particular-mente durante la etapa operacional.

8. Conclusiones

8.3 Conclusiones en relación con el tercerobjetivo

Este objetivo se refiere al estudio de los procesosTHG del campo próximo. Con más razón quepara el anterior, requiere la terminación no sólodel calentamiento e hidratación de los dos ensayosa gran escala, sino el desmantelamiento y ensayosde laboratorio posteriores, puesto que no existemonitorización geoquímica. Los cambios geoquí-micos que se produzcan en las barreras de los dosensayos a gran escala, se estudiarán mediante lacomparación de los resultados de ensayos de la-boratorio de la bentonita antes y después de sersometida a hidratación y calentamiento.

No obstante, en la etapa preoperacional tam-bién se han obtenido ya algunas conclusiones fun-damentalmente metodológicas en relación coneste objetivo.

Una parte es común a la modelación THM: larelacionada con los parámetros e hipótesis conmás influencia en la hidratación de la barrera.

También se ha confirmado la necesidad de inte-grar el programa de ensayos geoquímicos de labo-ratorio con el programa de desarrollo y mejora delos modelos numéricos actualmente disponibles. Enconsecuencia, durante la etapa preoperacional, seha diseñado un programa de experimentación delaboratorio con el objeto de: estudiar procesos yvariables para conseguir información que ayude ala mejor interpretación final de los resultados delos ensayos a gran escala, y conseguir modelosmatemáticos de los procesos, para ser incorpora-dos en el modelo numérico THG.

8.4 Conclusiones de carácter general

Desde un punto de vista general, la conclusiónmás relevante es la comprobación del efecto sinér-gico de la realización simultánea de ensayos a lastres escalas del FEBEX: escala real con las comple-jidades de un sistema natural; escala casi real, eli-minando las complejidades del macizo rocoso; yensayos de laboratorio del tipo y complejidadadaptados a la demanda del experimento integral.

Es decir, se ha comprobado ya durante esta eta-pa que la combinación de las tres escalas de expe-rimentación con las modelaciones correspondien-tes, no sólo permitirá tener una base de datos máscompleta, sino que es imposible extraer toda la in-formación de, por ejemplo, el ensayo "in situ" sincontribución de la "maqueta", y de ambos sin de-terminados ensayos de laboratorio.

Se puede argüir que esto podría conseguirse pormedio de proyectos sucesivos de investigación.Pero esta forma de proceder tiene precisamente elinconveniente de pérdida inevitable de informa-ción, por imposibilidad de integración de los resul-tados de cada proyecto con los anteriores y los si-guientes.

A título solamente de ejemplo, se menciona elproceso de decisión de hidratación inicial de la"maqueta". En la decisión intervinieron los trescomponentes del experimento: propuesta de los in-vestigadores de la "maqueta", deducciones porobservaciones hechas durante el montaje del ensa-yo "in situ" por los ingenieros del diseño y cons-trucción, y ensayos específicos de laboratorio. Y,posteriormente, el comportamiento de la "maque-ta" confirmó que las deducciones hechas en el en-sayo "in situ" eran acertadas.

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9REFERENCIAS


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9. Referencias

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PUBLICACIONES TÉCNICAS

1991

01 REVISION SOBRE LOS MODELOS NUMÉRICOS RELACIONADOS CON ELALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS.

02 REVISION SOBRE IOS MODELOS NUMÉRICOS RELACIONADOCON EL ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS. ANEXO I.Guía de códigos opkobles.

03 PRELIMINARY SOLUBILITY STUDIES OE URANIUM DIOXIDE UNDER THECONDITIONS EXPECTED IN A SALINE REPOSITORY.

04 GEOESTADISTICA PARA EL ANÁLISIS DE RIESGOS. Uno ¡ntroéccióna lo Geoestodístico no poraméhica.

05 SITUACIONES SINÓPTICAS Y CAMPOS DE VIENTOS ASOCIADOS EN "EL CABRIL"

06 PARAMETERS, METHODOLOGIES AND PRIORITIES OF SITE SELECTIONFOR RADIOACTIVE WASTE DISPOSAL IN ROCK SALT FORMATIONS.

1992

01 STATE OE MART REPORT: DISPOSAL OE RADIAUNE WASTE IN DEEPARGILLACEOUS FORMATIONS.

02 ESTUDIO DELA INFILTRACIÓN A TRAVESDELA COBERTERA DELAFUl

03 SPANISH PARTICIPATION IN THE INTERNATIONAL INTRAVAL PROJECT.

04 CARACTERIIACION DE ESMECTITAS MAGNÉSICAS DE LA CUENCADE MADRID COMO MTERIALES DE SELLADO. Ensayos de alteración hidrotermal.

05 SOLUBILITY STUDIES OF URANIUM DIOXIDE UNDER THE CONDITIONS EXPECTEDIN ASALINE REPOSITORY. Phase II

06 REVISION DE MÉTODOS GEOFÍSICOS APLICABLES AL ESTUDIO Y CARACTERIIACIONDE EMPIA1AMIENT0S PARA ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOSDE ALTA ACTIVIDAD EN GRANfíOS, SALES Y ARCILLAS.

07 COEFICIENTES DE DISTRIBUCIÓN ENTRE RADIONUCLEIDOS.

08 CONTRIBUTION BY CTNWM TO THE PSACOIN LEVELS EXERCISE.

09 DESARROLLO DE UN MODELO DE RESUSPENSION DE SUELOS CONTAMINADOS.APLICACIÓN AL AREA DE PALOMARES.

10 ESTUDIO DEL CÓDIGO FFSM PARA CAMPO LEJANO. IMPLANTACIÓN EN VAX.

11 LA EVALUACIÓN DE LA SEGURIDAD DE LOS SISTEMASDE ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS. UTILIIACION DE MÉTODOSPROBABILISTAS.

12 METODOLOGÍA CANADIENSE DE EVALUACIÓN DE LA SEGURIDADDE LOS ALMACENAMIENTOS DE RESIDUOS RADIACTIVOS.

13 DESCRIPCIÓN DE LA BASE DE DATOS WALKER.

1993

01 INVESTIGACIÓN DE BENTONITAS COMO MATERIALES DE SELLADOPARA ALMACENAMIENTO DE RESIDUOS RADIACTIVOS DE ALTA ACTIVIDAD. 10NADE CABO DE GATA, ALMERÍA.

02 TEMPERATURA DISTRIBUTION IN A HYPOTHETICAL SPENT NUCLEAR FUELREPOSITORY IN A SALT DOME.

03 ANÁLISIS DEL CONTENIDO EN AGUA EN FORMACIONES SAUNAS. Su aplicaciónal almacenamiento de residuos radiactivos

04 SPANISH PARTICIPATION IN THE HAW PROJECT. Laboratory Investigations onGamma Irradiation Effects in Rock Salt.

05 CARACTERIIACION Y VALIDACIÓN INDUSTRIAL DE MATERIALES ARCILLOSOS COMOBARRERA DE INGENIERÍA.

06 CHEMISTRY OF URANIUM IN BRINES RELATED TO THESPENTFUEL DISPOSAL IN ASALT REPOSITORY (I).

01 SIMULACIÓN TÉRMICA DEL ALMACENAMIENTO EN GALERIA-TSS.

08 PROGRAMAS COMPLEMENTARIOS PARA EL ANÁLISIS ESTOCASTICODEL TRANSPORTE DE RADIONUCLEIDOS.

09 PROGRAMAS PARA EL CALCULO DE PERMEABILIDADES DE BLOQUE.

10 METHODS AND RESULTS OF THE INVESTIGATION OF THE THERMOMECHANICALBEAVIOUR OF ROCK SALT WITH REGARD TO THE FINAL DISPOSAL OF HIGH-LEVELRADIOACTIVE WASTES.

J99401 MODELO CONCEPTUAL DE FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS

EN EL ENTORNO DE LA FABRICA DE URANIO DEANDWAR.

02 CORROSION OF CANDIDATE MATERIALS FOR CANISTER APPLICATIONS IN ROCKSALT FORMATIONS.

03 STOCHASTIC MODELING OF GROUNDWATER TRAVEL TIMES

04 THE DISPOSAL OF HIGH LEVEL RADIOACTIVE WASTE IN ARGILLACEOUS HOSTROCKS. Identification of parameters, constraints andgeologicalassessmentpriorities.

05 EL OESTE DE EUROPA Y LA PENINSULA IBÉRICA DESDE HACE -120.000 AÑOSHASTA EL PRESENTE. Isostasio glaciar, paleogeografías y paleotemperatuias.

06 ECOLOGÍA EN LOS SISTEMAS ACUÁTICOS EN EL ENTORNO DE EL CABRIL

07 ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO PROFUNDO DE RESIDUOS RADIACTIVOS DE ALTAACTIVIDAD (AGP). Conceptos preliminares de referencia.

08 UNIDADES MÓVILES PARA CARACTERIZACIÓN HIDROGEOQUIMICA

09 EXPERIENCIAS PRELIMINARES DE MIGRACIÓN DE RADIONUCLEIDOSCON MATERIALES GRANÍTICOS. EL BERROCAL, ESPAÑA.

10 ESTUDIOS DE DESEQUILIBRIOS ISOTÓPICOS DE SERIES RADIACTIVAS NATURALESEN UN AMBIENTE GRANÍTICO: PLUTON DE EL BERROCAL (TOLEDO).

11 RELACIÓN ENTRE PARÁMETROS GEOFÍSICOS E HIDROGEOLOGICOS. Una revisiónde literatura.

12 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA COBERTURA MULTICAPA DEL DIQUEDE ESTÉRILES DE LA FABRICA DE URANIO DEANDU1AR.

1995

0 / DETERMINACIÓN DEL MODULO DE ELASTICIDAD DE FORMACIONES ARCILLOSASPROFUNDAS.

02 ÜOi LEACHING AND RADIONUCLIDE RELEASE MODELLING UNDER HIGH AND LOWIONIC STRENGTH SOLUTION AND OXIDATION CONDITIONS.

03 THERMO-HYORCmECHANICAL CHARACTERIZATION OF THE SPANISH REFERENCECLAY MATERIAL FOR ENGINEERED BARRIER FOR GRANITE AND CLAYHLWREPOSITORY: LABORATORY AND SMALL MOCK UP TESTING.

04 DOCUMENTO DE SÍNTESIS DE LA ASISTENCIA GEOTECNICA AL DISEÑOAGP-ARCILLA. Concepto de referencia.

05 DETERMINACIÓN OE LA ENERGÍA ACUMULADA EN IAS ROCAS SALINASFUERTEMENTE IRRADIADAS MEDIANTE TÉCNICAS DE TERMOLUMINISCENCIA.Aplicación al análisis de repositorios de residuos raikclivos de alta actividad.

06 PREDICCIÓN DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE EN CAMPO PRÓXIMO Y LEJANO.Interacción en fases sólidas.

07 ASPEÓOS RELACIONADOS CON LA PROTECCIÓN RADIOLÓGICA DURANTE ELDESMANTEIAMIENTO Y CLAUSURA DELAFABRICA DEANDWAR.

08 ANALYSIS OF 6AS GENERATION MECHANISMS IN UNDERGROUND RADIACIIVEWASTE REPOSITORIES. (Pegóse Project).

09 ENSAYOS DE LIXIVIACIÓN DE EMISORES SHA PUROS DE LARGA VIDA.

10 2°- PIAN DE I+D. DESARROLLOS METODOLÓGICOS, TECNOLÓGICOS,INSTRUMENTALES Y NUMÉRICOS EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS.

11 PROYECTO AGP- AIMACENAMIENTO GEOLÓGICO PROFUNDO. FASE 2.

12 IN SITU INVESTIGATION OF THE LONG-TERM SEALING SYSTEM AS COMPONENT OFDAM CONSTRUCTION (DAM PROJECT). Numerical simulator. Code-Bright.

1996

01 DESARROLLO DE UN PROGRAM INFORMÁTICO PARA EL ASESORAMIENTO DE LAOPERACIÓN DE FOCOS EMISORES DE CONTAMINANTES GASEOSOS.

02 FINAL REPORT OF PHYSICAL TEST PROGRAM CONCERNING SPANISH CLAYS(SAPONITESANDBENTONITES).

03 APORTACIONES AL CONOCIMIENTO DE LA EVOLUCIÓN PALEOCLIMATICAY PALEOAMBIENTAL EN LA PENINSULA IBÉRICA DURANTE LOS DOS ÚLTIMOSMILLONES DE AÑOS A PARTIR DEL ESTUDIO DE TRAVERTINOS Y ESPELEOTEMAS.

04 MÉTODOS GEOESTADISTICOS PARA LA INTEGRACIÓN DE INFORMACIÓN.

05 ESTUDIO DE LONGEVIDAD EN BENTONITAS: ESTABILIDAD HIDROTERMAL DESAPONITAS.

06 ALTERACIÓN HIDROTERMAL DE LAS BENTONITAS DE ALMERÍA

07 MAYDAY. UN CÓDIGO PARA REALI1AR ANÁLISIS DE INCERTIDUMBRE YSENSIBILIDAD. Manuales.

1997

0 / CONSIDERACIÓN DEL CAMBIO MEDIOAMBIENTAL EN LA EVALUACIÓN DE LASEGURIDAD. ESCENARIOS CLIMÁTICOS A LARGO PLA10 EN IA PENINSULA IBÉRICA

02 METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE RIESGO SÍSMICO EN SEGMENTOS DE FALLA.

03 DETERMINACIÓN DE RADIONUCLEIDOS PRESENTES EN EL INVENTARIO DEREFERENCIA DEL CENTRO DE ALMACENAMIENTO DE EL (ABRIL

04 ALMACENAMIENTO DEFINITIVO DE RESIDUOS DE RADIACTIVIDAD ALTA.Caracterización y comportamiento a largo plazo de los combustibles nuclearesimdiados (I).

05 METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE LA BIOSFERA EN LA EVALUACIÓN DEALMACENAMIENTOS GEOLÓGICOS PROFUNDOS DE RESIDUOS RADIACTIVOSDE ALTA ACTIVIDAD ESPECIFICA

06 EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO Y DE LA SEGURIDAD DE UNALMACENAMIENTO GEOLÓGICO PROFUNDO EN GRANITO. Marzo 1997

07 SÍNTESIS TECTOESTRATIGRAFICA DEL MACHO HESPÉRICO. VOLUME I.

08 305 JORNADAS DE I+D Y TECNOLOGÍAS DE GESTIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS.Posters descriptivos de los proyectos de I+D y evaluación de la seguridad a largoplazo.

PUBLICACIONES NO PERIÓDICAS

1992

PONENCIAS E INFORMES, 1988-1991.

SEGUNDO PLAN DE I+D, 1991-1995. TOMOS I, IIY III.

SECOND RESEARCH AND DEVELOPMENT PLAN, 1991-1995, VOLUME I.

1995

TERCER PLAN DE I+D 1995-1999.

SEGUNDAS JORNADAS DE I+D. EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS.TOMOS IYII.

1993

SEGUNDO PIAN DE I+D. INFORMEANUAL1992.

PRIMERAS JORNADAS DE I+D EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS RADIAGIVOS. TOMOSIYII.

1994

SEGUNDO PLAN I+D 1991-1995. INFORMEANUAL 1993.

1996

f¿ BERROCAL PROJECT. VOLUME I. GEOLOGICAL STUDIES.

EL BERROCAL PROJECT. VOLUME II. HYDROGEOCHEMISTRY.

EL BERROCAL PROJECT. VOLUME III. LABORATORY MIGRATION TESTS AND IN SITUTRACER TEST.

EL BERROCAL PROJECT. VOLUME IV. HYDROGEOLOGICAL MODELLING AND CODED&ELOPMENT.

Edito:

enreiaempteso nocional de residuos radiactivos, s.a.

Diseño y coordinación editorial: TransEditImprime: GRAFISTAFF, S I .ISSN: 1134-380XD.L:M-6230-1998Febrero de 1998

Existen disponibles ejemplares de diversos números de las Publicaciones Técnicas de EHRESArelacionadas en este apartado. Quienes estén interesados en completar su colección o en disponer

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Fax: 566 8165Correo electrónico: [email protected]

enrejaempreso nacional de residuos radiactivos, s o .

Emilio Vorgos, 7 - 2 8 0 4 3 MadridUno.: 566 8100 - Fot 566 81 69 SEPTIEMBRE, 1997

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