Report on Thermo-Hydro-Mechanical Laboratory Test Performed by CIEMAT on Febex Bentonite 2004-2008

Abstract

The results of the laboratory studies performed by CIEMAT with the FEBEX bentonite in the context of WP3.2 of the NF-PRO Project and of the Agreement ENRESA-CIEMAT Anexo V are presented and analysed in this report. They refer to the effect of the hydraulic gradient on the permeability of bentonite, the effect of the thermal gradient on the hydration kinetics of bentonite, and the repercussion of temperature on the hydro-mechanical properties of bentonite (swelling, permeability and water retention capacity). In all the cases the bentonite has been used compacted to densities expected in the engineered barrier of a high-level radioactive waste repository. The existence of threshold and critical hydraulic gradients has been observed, both of them dependent on bentonite density and water pressures. After more than seven years of hydration, the 40-cm high bentonite columns are far from full saturation, the thermal gradient additionally delaying the process, which is very slow. Temperatures below 100°C slightly decrease the swelling and the water retention capacity of the bentonite and increase its permeability. The information obtained improves the knowledge on the behaviour of expansive clay and will help the development of constitutive models and the interpretation of the results obtained in the mock-up and the in situ tests.

Se presentan y analizan los resultados de los trabajos de laboratorio llevados a cabo por CIEMAT con la bentonita FEBEX en el marco del WP3.2 del proyecto NF-PRO y del Acuerdo ENRESA-CIEMAT Anexo V. Se refieren al efecto del gradiente hidráulico sobre la permeabilidad de la bentonita, el efecto del gradiente térmico sobre la cinética de hidratación de la bentonita y a la influencia de la temperatura sobre las propiedades hidro-mecánicas de la bentonita (hinchamiento, permeabilidad y retención de agua). En todos los casos se ha utilizado la bentonita compactada a las densidades esperables en la barrera de ingeniería de un almacenamiento de residuos radiactivos de alta actividad. Se ha puesto de manifiesto la existencia de gradientes hidráulicos umbrales y críticos cuyos valores dependen de la densidad de la bentonita y de las presiones de agua. Columnas de bentonita de 40 cm de altura que se han estado hidratando durante más de siete años todavía están lejos de la saturación total, dada la lentitud del proceso, especialmente cuando hay un gradiente térmico. La temperatura por debajo de 100°C disminuye ligeramente la capacidad de hinchamiento y de retención de agua de la bentonita, y aumenta su permeabilidad. La información obtenida mejora el conocimiento sobre el comportamiento de la arcilla expansiva y ayudará al desarrollo de modelos constitutivos y a la interpretación de resultados obtenidos en ensayos en maqueta e in situ.