Thermo-Hydro-Mechanical Behaviour of expansive clays under high temperatures

Esta Tesis presenta los resultados de la investigación desarrollada en el marco del proyecto Temperature Buffer Test (TBT). El objetivo general de este proyecto es investigar el desempeño de la bentonita usada en barreras de ingeniería bajo la acción de las altas temperaturas que se esperan alrededor de los contenedores con residuos vitrificados. Dentro del proyecto, se ha implementado un ensayo de campo a escala real que simula el almacenamiento de residuos radioactivos de alta actividad. Adicionalmente, se realizaron experimentos en laboratorio para evaluar la respuesta de la bentonita usada en el proyecto bajo diferentes acciones externas. Las formulaciones que se usan para analizar el comportamiento de barreras de ingeniería de arcillas se escriben en términos de las variables de estado usando relaciones constitutivas. Entre esas leyes la curva de retención define la relación constitutiva entre la cantidad de agua en el suelo y su nivel de energía. Tradicionalmente, la influencia de variables externas como la temperatura y la fábrica del suelo sobre la capacidad de retención de agua del suelo se analiza utilizando conceptos derivados del modelo capilar. Sin embargo, estos análisis sistemáticamente fallaron para explicar las observaciones experimentales. En esta Tesis, se han evaluado los datos experimentales obtenidos en muestras de bentonita ensayadas a diferentes temperaturas y densidades usando una aproximación derivada a partir de conceptos de termodinámica de adsorción. Esta aproximación también define una herramienta para introducir en una manera simple el efecto de temperatura y densidad de la muestra en las simulaciones numéricas. En general se supone que la interacción entre la esmectita, que es el principal mineral de la bentonita, y el agua cambia las propiedades del agua retenida en el suelo. En particular, experimentos a nivel mineralógico así como los datos obtenidos en muestras compactadas de arcilla expansiva sugieren valores de la densidad del agua mayores que 1.0 Mg/m3 (es decir, la densidad del agua libre). Desde un punto de vista práctico, este efecto se traduce en valores calculados del grado de saturación mayor que uno para valores bajos de succión. Este aspecto es importante cuando se realizan análisis numéricos, debido a que las ecuaciones de balance se basan en el grado de saturación como la principal variable para indicar el contenido de agua en el medio poroso. En esta Tesis se ha desarrollado una metodología que define la de