Annex UNICO

Memoria técnica y económica para el proyecto «Caracterización termo-hidro-mecánica y geoquímica de materiales de confinamiento empleados en almacenamientos de residuos radiactivos (Cambar III)» Área de colaboración Área 3: Materiales y sistemas de confinamiento. Objeto de la colaboración Desarrollar un proyecto de investigación entre CIEMAT y Enresa que permita avanzar sobre la caracterización y evolución de las propiedades térmicas, mecánicas, hidráulicas y geoquímicas de materiales utilizados como barrera de ingeniería de instalaciones relacionadas con el almacenamiento geológico profundo (AGP) de residuos radiactivos de alta actividad. En particular se pretende evaluar cómo su funcionamiento se verá afectado a largo plazo por factores intrínsecos y extrínsecos. Para ello es necesario analizar de forma acoplada los procesos que tienen lugar en la barrera (térmicos, mecánicos, hidráulicos y geoquímicos), considerando las interacciones entre los diferentes materiales que constituyen un AGP. La necesidad de desarrollar un AGP deriva del consenso internacional, de la legislación comunitaria transpuesta por España y que aparece en el Séptimo Plan General de Residuos Radiactivos, aprobado en diciembre de 2023. Dentro del 9.º Plan de I+D, esta colaboración se enmarcaría en las líneas 3.1 (Caracterización y comportamiento de materiales) y 3.2 (Comportamiento de sistemas de confinamiento). Competencia en que se fundamenta la actuación Hace más de 35 años se inició la colaboración entre CIEMAT y Enresa para la selección y caracterización de materiales de barrera de ingeniería, habiéndose participado conjuntamente con Enresa de forma ininterrumpida desde 1988 en proyectos cofinanciados por la UE en este campo. En concreto, en el grupo de Caracterización termo-hidro-mecánica y geoquímica (THM-G) de materiales de barrera de la Unidad de Hidrogeociencias Ambientales de CIEMAT (http://rdgroups.ciemat.es/web/thmg/inicio), se estudian en laboratorio y evalúan los materiales susceptibles de usarse como barrera natural o de ingeniería en almacenamientos de residuos radiactivos. Se dispone de laboratorios singulares, capacitados para participar en este tipo de colaboraciones, como Mecánica de Suelos, Alteración Geoquímica, Materiales Subsaturados, Transporte de Gas, Ensayos a Gran Escala (Maquetas), Petrofísica, Análisis Químico y Térmico. El grupo THM-G, estable y multidisciplinar, está constituido por investigadores y técnicos de laboratorio con amplia experiencia en los materiales y técnicas relacionados con esta actuación, capaz de dar respuestas concretas a las investigaciones y desarrollos tecnológicos que requieren el estudio del comportamiento de barreras naturales y artificiales frente a la movilización de radionucleidos en los emplazamientos de residuos radiactivos. Además, en las instalaciones de CIEMAT se vienen realizando ensayos a diferentes escalas en los que materiales de barrera se han sometido a condiciones similares a aquellas que experimentarán durante su servicio durante largos periodos de tiempo, y el seguimiento y análisis final de estos ensayos dará lugar a una base de datos de gran valor. Tanto para el CIEMAT como para Enresa, los trabajos realizados permiten la comprensión de los procesos que tienen lugar en el campo próximo de un almacenamiento y dan soporte experimental a las modelizaciones de su comportamiento. Las actividades se llevan a cabo en el marco de proyectos cofinanciados por la UE y sobre sus actuaciones conjuntas Enresa-CIEMAT. Algunos de los proyectos de la UE relacionados con este nuevo proyecto son PEBS, FORGE, CEBAMA, BEACON, EURAD-GAS, EURAD-HITEC y EURAD-ACED, y en la actualidad EURAD-2-ANCHORS. En consecuencia, se cuenta con experiencia y capacidad suficiente para abordar las actividades recogidas en el presente convenio. Descripción del programa de trabajo y de las actividades El programa de trabajo conjunto está encaminado a profundizar en la comprensión de los procesos que tienen lugar en las barreras de ingeniería de sistemas de almacenamiento de residuos radiactivos y a caracterizar la evolución de estos materiales, haciendo hincapié en el largo plazo y en las interacciones geoquímicas. En concreto se realizarán las actividades que se desarrollarán principalmente en los laboratorios de la Unidad de Geología Ambiental Aplicada, que cuenta con la infraestructura y la dotación de equipos e instrumentación de laboratorio necesarios para hacer frente a las actividades propuestas.

1. Estudio en ensayos de laboratorio del comportamiento de los materiales de barrera bajo temperaturas superiores a 100°C (como continuación del proyecto EURAD-HITEC), con el fin de evaluar si el material de barrera continuaría prestando sus funciones a temperaturas superiores a las habitualmente consideradas en los conceptos de almacenamiento. En concreto se proponen estos estudios:

– Determinación de parámetros relativos al comportamiento hidro-mecánico del material a temperaturas superiores a 100°C. – Colaboración en el ensayo a gran escala HotBENT que se realiza en el laboratorio subterráneo de Grimsel: participar en el análisis de muestras de bentonita obtenidas a partir de sondeos.

2. Estudio del transporte de gas en materiales de barrera (proyecto EURAD-GAS), con el objeto de determinar los mecanismos reales de flujo de gas y sus acoplamientos geomecánicos a temperatura ambiente. En concreto se propone estudiar:

– La mejora y diversificación del equipamiento de medida. – Estudiar la migración de gas en nuestro material de referencia, casi saturado y altamente compactado, bajo diferentes condiciones de contorno y protocolos de prueba, incluyendo el efecto de las interfaces entre diferentes componentes del sistema de barreras de ingeniería sobre la permeabilidad al gas y las presiones de «breakthrough». – Estudiar la fracturación inducida por sobrepresión local de gas en muestras 2D y la posibilidad de análisis mediante tratamiento de imágenes. – Comparar los flujos de gas, medido y esperado, en diferentes regímenes, para determinar los mecanismos reales de transporte, determinando los parámetros asociados a los mismos.

3. Participación en ensayos a gran escala llevados a cabo en el laboratorio subterráneo de Mont Terri (Suiza), en los que se evalúa el funcionamiento de diferentes materiales y sistemas de barrera. Esta colaboración estaría en principio ligada a los ensayos Sandwich, instalados en dos pozos en Mont Terri, en los que se utiliza como sistema de sellado una combinación de bentonita y capas equipotenciales de elevada permeabilidad. CIEMAT ha participado en la caracterización inicial de estos materiales y actualmente en benchmarks sobre la medida de presión de hinchamiento, por lo que se considera su participación durante las siguientes fases del proyecto.

4. Estudio en ensayos de laboratorio del comportamiento a largo de plazo de la bentonita en condiciones del almacenamiento, especialmente en lo referido a las interacciones geoquímicas y a la influencia de las características iniciales de distintos materiales (proyecto EURAD2-ANCHORS, con finalización prevista en septiembre de 2029):

– Identificación de propiedades que sean buenos indicadores (proxies) del comportamiento del material y a la vez fáciles y rápidas de determinar, explorando la relación entre diferentes propiedades físico-químicas tradicionalmente relacionadas con el potencial de hinchamiento y retención. – Análisis de la evolución microestructural de la bentonita durante la hidratación y de su repercusión sobre la permeabilidad del material y la densidad del agua adsorbida. Estos son ensayos a muy largo plazo que se iniciaron en proyectos anteriores hace casi 20 años y cuyo su seguimiento se continúa desde entonces. Han de desmontarse y la bentonita se caracterizará en instalaciones especiales (sincrotrón), ya que las medidas realizadas durante los ensayos indican que la cantidad de agua tomada por las muestras es mucho mayor que la teórica calculada en base al peso específico de la bentonita y a la densidad de agua usualmente considerados. Esclarecer el estado del agua y la microestructura de la bentonita tras largos periodos de maduración en condiciones saturadas es necesario para comprender los procesos físico-químicos y geoquímicos que tienen lugar en la barrera, y la experiencia adquirida será de utilidad para la caracterización de las muestras del ensayo en maqueta que funciona en CIEMAT desde 1997, próximo a desmantelarse. – Contribución a la base de datos generada durante ANCHORS sobre el comportamiento hidro-mecánico de la bentonita y de las condiciones que le afectan. La base de datos disponible en CIEMAT está actualmente centrada en la bentonita española FEBEX y en las de tipo Wyoming, consideradas por muchas agencias de gestión de residuos como material de barrera candidato. – Evaluación del comportamiento hidro-mecánico de diferentes bentonitas, lo que permitirá ampliar la base de datos mencionada en el punto anterior. – Análisis del efecto de soluciones alcalinas sobre el comportamiento hidromecánico de la bentonita. – Análisis de los procesos de homogenización (densidad, humedad y textura) en materiales de barrera expansivos de diferentes condiciones iniciales (pellets, bloques compactados a diferentes densidades, rellenos granulares) y de los factores que los afectan (tipo de agua, velocidad de hidratación, temperatura). Duración del proyecto Las actividades previamente descritas serían llevadas a cabo durante cuatro años, desde la eficacia del convenio. A la vista del desarrollo de los trabajos, las partes podrán acordar expresamente, en cualquier momento anterior a la finalización del plazo de vigencia, una prórroga teniendo en cuenta el plazo máximo de cuatro años adicionales. Recursos humanos El equipo investigador del CIEMAT estará formado por un coordinador Jefe de Proyecto, cinco Titulados Superiores y tres Ayudantes de Investigación, pertenecientes al grupo de Caracterización termo-hidro-mecánica y geoquímica (THM-G) de materiales de barrera de la Unidad de Hidrogeociencias Ambientales. Por parte de Enresa, se compondrá de un Jefe de Proyecto y dos Técnicos Superiores Sénior, uno del Dpto. de Ingeniería de Suelos, y otro del Dpto. de Cooperación Internacional e I+D. Las partes en la primera reunión de la Comisión de Seguimiento Técnico notificarán los integrantes del grupo de trabajo, y cualquier circunstancia que obligue a modificación del equipo investigador, será notificado y requerirá de la aprobación de las dos partes. Valoración económica El coste estimado total previsto para la realización del proyecto asciende a 693.300 euros, IVA no incluido, sumando las contribuciones de CIEMAT y Enresa. Enresa contribuirá con aprox. el 75 % del total y el CIEMAT contribuirá con aprox. el 25%. Para la estimación de dicho coste se ha considerado la adquisición, amortización y mantenimiento de sensores, sistemas de toma de datos, material informático y equipamiento para el desarrollo de las actividades experimentales, p.e. para la medida de la actividad de agua, consumo de material fungible y puesta a disposición de infraestructuras por parte de CIEMAT, los costes de personal de ambas entidades, así como los gastos derivados de la asistencia a reuniones, congresos y conferencias del personal de CIEMAT y de Enresa. Enresa, dada su aportación al desarrollo del proyecto, se compromete a una contribución económica máxima de 450.000,00 euros, IVA no incluido, a lo largo de varios ejercicios presupuestarios, a fin de coadyuvar la financiación de los gastos derivados del desarrollo del presente convenio para la consecución de los objetivos planteados. La distribución temporal aproximada de la contribución económica de Enresa se indica en la siguiente tabla: Ejecución de la actividad Importes totales – Euros A los seis meses desde la eficacia del convenio. 56.250 A los 18 meses desde la eficacia del convenio. 112.500 A los 30 meses desde la eficacia del convenio. 112.500 A los 42 meses desde la eficacia del convenio. 112.500 Antes de la finalización del convenio. 56.250 Totales (euros). 450.000 Enresa transferirá al CIEMAT los fondos necesarios para la correcta ejecución del convenio. Previamente a la contribución, se emitirá conformidad sobre los trabajos desarrollados conjuntamente. La contribución de las partes al presente convenio quedará condicionada a la previa existencia de crédito específico y suficiente en cada ejercicio económico, con cumplimiento de los límites establecidos en el artículo 47 de la Ley General Presupuestaria. Informes periódicos y finales CIEMAT y Enresa se comprometen a la realización de informes de seguimiento semestrales, que se registrarán en los treinta días posteriores al vencimiento del semestre y un informe técnico final como compendio de los informes emitidos durante el transcurso del proyecto. Todas las publicaciones generadas se incluirán en los informes de seguimiento del período en que se generan y serán referenciadas en el informe anual. Cronograma de actividades El plazo previsto para la realización del proyecto es de 48 meses a partir de la eficacia del convenio. Los trabajos a realizar durante la primera fase se desarrollarán de acuerdo con el siguiente cronograma: Id Nombre de la tarea 2026 2027 2028 2029 2030 1 Efecto temperatura. X X X X 1.1 Determinación de parámetros HM a T100°C. X X 1.2 Participación en el proyecto HotBENT. X X X X 2 Transporte gas. X X X X X X X X 2.1 Mejora del equipamiento. X X X X 2.2 Migración de gas en material casi saturado. X X X X X X X X 2.3 Análisis fracturación y sellado. X X X X X X X X 2.4 Determinación de mecanismos de transporte. X X X X X X 3 Participación en actividades de Mont Terri. X X X X X X X 4 Actividades relacionadas con ANCHORS. X X X X X X X 4.1 Identificación de «proxies». X X X X 4.2 Evolución microestructural a largo plazo. X X X X X X X 4.3 Contribución a la base de datos. X X X X X 4.4 Comportamiento HM diferentes bentonitas. X X X 4.5 Efecto soluciones alcalinas. X X X X 4.6 Análisis de los procesos de homogenización. 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