ES2252549T3 - Tapon de sellado y procedimiento para el sellado de cavidades subterraneas. - Google Patents

Abstract

Tapón de sellado para el sellado de una cavidad subterránea, con - un contrafuerte estático, que colinda con la cavidad subterránea y la sella; - un relleno, adyacente al contrafuerte estático, hecho de un material aglomerante con una primera permeabilidad al agua, kf(1); - un contrafuerte auxiliar, permeable al agua por lo menos por secciones, que delimita el relleno; caracterizado porque - dentro del relleno hecho con el material aglomerante, se dispone por lo menos una capa de otro material de modo tal que la capa está orientada en un ángulo de 60º a 90º con respecto a una dirección de entrada de agua, y porque el otro material presenta una segunda permeabilidad al agua, kf(2), que es superior en por lo menos un orden de magnitud a la permeabilidad al agua, kf(1).

Description

Tapón de sellado y procedimiento para el sellado de cavidades subterráneas.

La invención se refiere a un tapón de sellado conforme al preámbulo de la primera reivindicación de patente, y a un procedimiento para el sellado de cavidades subterráneas conforme a la segunda reivindicación.

Los residuos peligrosos, en especial los residuos sumamente tóxicos y que irradian radiactividad, se depositan subterráneamente y se almacenan finalmente en minas, de modo tal que quedan aislados del medio ambiente de manera fiable a largo plazo. Usualmente, los residuos, que están contenidos en barriles, tambores o en otros tipos de toneles, se llevan a una caverna de la mina. Cuando se agota el espacio útil de la caverna, es posible rellenar con material sólido el espacio libre entre los toneles, de modo que se restablezca una suficiente resistencia del nivel de la mina a la compresión y se impida un derrumbamiento o colapso de la caverna. Seguidamente se sella la caverna herméticamente al agua.

Para el sellado de la caverna se construye en primer lugar una primer capa de separación, que sirve como contrafuerte estático, entre la caverna rellenada y las galerías adyacentes (véanse los documentos DE-A-4130658, DE A-4130658). El contrafuerte puede consistir en un muro, por ejemplo en un muro de ladrillos. Como alternativa, puede realizarse el contrafuerte de elementos preparados in situ, por ejemplo de hormigón. Al primer contrafuerte se le une un relleno de la galería con un material aglomerante. La bentonita es el material aglomerante más adecuado para esta finalidad; sin embargo, en principio materiales de barro y de arcilla también son utilizables. El rellenado se realiza preferentemente con ladrillos perfilados. Sin embargo, materiales vertidos compactados del material aglomerante también son empleables. El relleno queda delimitado por un contrafuerte auxiliar, que de manera similar al primer contrafuerte puede construirse, por ejemplo, como muro seco. El material aglomerante, en especial la bentonita, se hincha al absorber agua y, con ello, aumenta considerablemente su volumen. Debido al aumento del volumen se acumula una presión. Este efecto se utiliza para lograr un efecto sellante duradero del tapón de sellado. En este caso, los contrafuertes impiden que la bentonita que se hincha se expanda en dirección a la caverna o a las galerías. En el empleo técnico normal, la absorción de agua debería tener lugar mediante agua que ha penetrado en la mina. Para tramos de prueba, se somete el tapón de sellado a una carga con agua a presión. En este caso, los dos contrafuertes han de resistir la presión mecánica que se presenta durante el hinchamiento del material aglomerante. El segundo contrafuerte debe realizarse de manera permeable al agua, para que la bentonita pueda humedecerse a través de su masa.

Un tapón de sellado del tipo inicialmente mencionado, y un procedimiento para el sellado de cavidades subterráneas, son conocidos del manuscrito de una conferencia con ocasión del 5ª Coloquio de Estado del Proyecto FuE en el campo de la evacuación de Residuos Peligrosos en Formaciones Geológicas Profundas (Leipzig, 15./16.05.01). El manuscrito ha sido publicado en Wissenschaftliche Berichte FZKA-PTE Nº. 7: "Untertägige Entsorgung" del Ente Participante en el Proyecto, Wassertechnologie und Entsorgung(PtWT + E, Julio de 2001) bajo el título: "Langszeitstabile Streckenverschlussbauwerke im Salinar", páginas 393 a 437.

En este manuscrito se informa sobre una construcción de sellado experimental en una antigua mina de sales potásicas y de sal gema. En el lado de la caverna, la construcción de sellado consiste en un contrafuerte estático hecho de ladrillos perfilados de sal que han sido incorporados como mampostería de muro seco. Como alternativa, se designan como adecuados muros secos de sillares naturales, en especial de basalto. Al contrafuerte estático se une un muro de revestimiento de ladrillos perfilados de bentonita. A esto se une un contrafuerte auxiliar permeable, que consiste en un muro seco de piedras filtrantes, contiguo a los ladrillos perfilados de bentonita, y en un relleno de hormigón resistente a las sales, que remata la construcción. Dentro del contrafuerte auxiliar, entre el muro seco hecho de piedras filtrantes y el relleno de hormigón resistente a las sales, se halla incluida una capa de arena compactada (Figura 8). En esta capa de arena se han incorporado tubos para aplicar cargas de presión, cajas manométricas, y sensores del nivel de relleno. El muro seco, hecho de piedras filtrantes, adyacente a la capa de arena compactada, se ha construido de modo tal que la carga de presión sobre los ladrillos perfilados de bentonita, debida al agua, tiene lugar céntricamente. Por ello, la capa de arena no puede distribuir la presión de forma plana.

Es problemático en estos tapones de sellado y en el procedimiento para el sellado de las cavidades subterráneas, que debido a frentes de humedad no homogéneos pueden formarse relaciones de presión no homogéneas en el material aglomerante, y que por ello la hermeticidad deseada no está siempre garantizada. Si el agua presente junto a un muro de pozo atraviesa la segunda capa de separación, puede muy fácilmente darse el caso que el agua también se difunda más aún en el espacio que ha sido rellenado con el material aglomerante, cerca del muro de pozo, y que permita que en este lugar el material aglomerante se hinche en primer lugar y en el mayor grado. Con ello se produce una distribución no uniforme de las presiones, que conduce a una distribución desigual del agua (denominada formación de dedos). Como consecuencia de ello, pueden originarse vías de agua, es decir, "canales" de agua, en el material aglomerante completamente hinchado, de modo que la caverna rellenada no está protegida de manera segura contra una irrupción de agua. Por otra parte, existe el peligro de que en las paredes se originen presiones que ya no son tolerables. Estos efectos también se observaron como resultado del ensayo.

Un efecto similar resulta cuando como consecuencia de la falta de homogeneidad se acumulan presiones no homogéneas en el material aglomerante, después de la entrada de agua. Tales faltas de homogeneidad pueden resultar de una humedad en seco no uniforme y/o de una compactación no uniforme del material aglomerante en el caso de su incorporación en la obra, o presentarse después de ceder o fallar una de las capas de separación, o las dos.

La invención tiene como misión evitar, o por lo menos minimizar, las relaciones de presión no uniformes descritas durante o después de la incorporación de agua por el material aglomerante.

La misión se logra a partir de un tapón de sellado del tipo inicialmente mencionado con la característica descrita en la parte caracterizante de la primera reivindicación. Esta misión se resuelve, además, mediante el procedimiento descrito en la reivindicación 2. Las otras reivindicaciones indican formas de realización preferidas del procedimiento.

Conforme a la invención se propone un tapón de sellado que esencialmente consiste en tres secciones: los dos contrafuertes estáticos exteriores y una sección dispuesta entre ambos, hecha de un material aglomerante. Los contrafuertes pueden configurarse, de manera en sí conocida, como muro seco. En las minas de sal gema se presenta la posibilidad de utilizar ladrillos perfilados de sal para el primer contrafuerte estático, del lado de la caverna. Sin embargo, dicho contrafuerte puede también realizarse en una forma variante arbitraria, con la condición que absorba la presión del material aglomerante que se hincha durante el humedecimiento. Se logra una elevada resistencia a la presión, cuando se rellena el espacio libre entre los toneles de residuos en la caverna y el contrafuerte estático se une directamente al relleno. No es necesario que este contrafuerte estático sea permeable al agua; por otra parte, una permeabilidad al agua no es perjudicial, ya que la sección adyacente con el material aglomerante es hermético al agua después del humedecimiento.

Al contrafuerte estático se une directamente la sección con el material aglomerante, preferiblemente la bentonita. Esta sección puede construirse con ladrillos perfilados de bentonita; sin embargo, también es posible compactar vertidos de bentonita, por ejemplo con aparatos hidráulicos, de la manera más uniforme posible.

Conforme a la invención es decisivo prever dentro de la sección de bentonita por lo menos una capa, o mejor, varias de ellas, que consistan en un material que presente una permeabilidad al agua que es de un orden de magnitud, es decir, por lo menos el décuplo, superior a la permeabilidad al agua de la bentonita o del material aglomerante utilizado como alternativa. La capa debe estar orientada en un ángulo de 60º a 90º con respecto a la dirección de la entrada de agua. Es preferible que esté orientada esencialmente en dirección vertical, por lo tanto en un ángulo de aproximadamente 90º con respecto a la dirección de la entrada de agua. Si la entrada del agua tuviera lugar a través de la galería, debe disponerse la capa en un ángulo de 60º a 90º, preferiblemente vertical, con respecto a la galería. Se prefiere una disposición en la que dentro de la bentonita se disponen varias capas del material permeable al agua, separadas entre si por la bentonita, que llenan la sección transversal de la totalidad del pozo. Las capas deberían por lo tanto estar embutidas en cada caso en la bentonita. Se eligen disposiciones de la capa que se apartan manifiestamente de la vertical (90º), cuando en virtud de las circunstancias geológicas o hidrológicas debe contarse de antemano con un frente de agua no uniforme dentro de la bentonita. La disposición de la capa tiene entonces lugar en un ángulo tal, que sobre la totalidad de la sección transversal de la galería los frentes de agua llegan de la manera más uniforme posible a la capa.

Los espesores de las capas pueden elegirse relativamente reducidos; por lo general, un valor de 2 a 30 cm muestra ser suficiente, especialmente cuando la permeabilidad de las capas al agua es considerablemente superior a la permeabilidad al agua del material adyacente.

Para la realización de esta capa es especialmente adecuado un material rodado que está en condiciones de acumular una tensión de succión en la capa. La tensión de succión debería preferiblemente estar dimensionada de manera que se extienda sobre la totalidad de la superficie de la capa. Entonces se garantiza que el agua se distribuya sobre toda la capa, con lo cual el flujo de agua se hace uniforme. Para la construcción de la capa son muy adecuadas grava o mezclas de grava y arena, que contengan una proporción de finos de 5% en peso a 30% en peso. Sin embargo, como alternativa también puede utilizarse otro material aglomerante, con la condición de que la permeabilidad al agua sea correspondientemente superior a la del material aglomerante adyacente. Si como material aglomerante se utiliza bentonita, pueden utilizarse sin problema arcillas o barro como material permeable al agua. También materiales sintéticos, tal como por ejemplo fibras minerales, pueden emplearse para la construcción de la capa. Un ejemplo de un material sintético adecuado, es el geotextil. Este material es el preferido, ya que el espesor de la capa puede mantenerse pequeño, por ejemplo entre 2 y 10 cm. Espesores de capa en el intervalo entre aproximadamente 10 y 30 cm deberían proveerse cuando la capa se construye a partir de un material aglomerante o de un material rodado. Se da por entendido que también combinaciones de los materiales mencionados son empleables, con la condición que la permeabilidad requerida al agua esté garantizada.

La realización de la capa tiene lugar de manera en sí conocida, en función del material utilizado. En el caso de algunos materiales puede ser ventajoso preparar las capas ya a cielo abierto, y combinarlas en la mina como partes constructivas.

El objeto de las capas es distribuir el agua que penetra en el material aglomerante, de manera tal que en la medida de lo posible se dé una humidificación uniforme sobre la totalidad de la sección transversal. En especial, de esta manera pueden evitarse vías de agua que pueden resultar de la formación de embudos de percolación debidos a la denominada "formación de dedos". De la misma manera, en virtud de las capas verticales se evita un humidificación pasante, rápida y adelantada, a lo largo del contorno hacia el terreno esponjoso y ante todo a lo largo de la solera de la galería, ya que cada capa redistribuye de manera uniforme los frentes de agua no uniformes.

Para ello, las capas han de disponerse en contacto con el material aglomerante y han de quedar embutidas en este material. Este no es el caso para la capa de arena, que ha sido descrita en el manuscrito anteriormente mencionado, por lo que esta capa de arena no puede actuar de la manera conforme a la invención.

Claims (9)

1. Tapón de sellado para el sellado de una cavidad subterránea, con

- un contrafuerte estático, que colinda con la cavidad subterránea y la sella;

- un relleno, adyacente al contrafuerte estático, hecho de un material aglomerante con una primera permeabilidad al agua, k_{f(1)};

- un contrafuerte auxiliar, permeable al agua por lo menos por secciones, que delimita el relleno;

caracterizado porque

- dentro del relleno hecho con el material aglomerante, se dispone por lo menos una capa de otro material de modo tal que la capa está orientada en un ángulo de 60º a 90º con respecto a una dirección de entrada de agua, y porque el otro material presenta una segunda permeabilidad al agua, k_{f(2)}, que es superior en por lo menos un orden de magnitud a la permeabilidad al agua, k_{f(1)}.

2. Procedimiento para el sellado de cavidades subterráneas, con los siguientes pasos:

- construcción de un contrafuerte estático, con el que se sella la cavidad subterránea,

- rellenado de un espacio, que se une a la cavidad en el primer contrafuerte estático, con un material aglomerante que presenta una primera permeabilidad al agua, kf_{(1)},

caracterizado por

- la disposición de por lo menos una capa de otro material, que presenta una segunda permeabilidad al agua, k_{f(2)}, dentro del material aglomerante, de modo tal que la capa se halla dispuesta en un ángulo de 60º a 90º con respecto a una dirección de entrada de agua, y porque el otro material se elige de modo tal que su permeabilidad al agua, k_{f(2)}, sea superior en por lo menos un orden de magnitud a k_{f(1),}

- realización de un contrafuerte auxiliar permeable al agua, que sella el espacio rellenado.

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2, en el que la capa está dispuesta esencialmente vertical con respecto a la dirección de entrada del agua.

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 2 ó 3, en el que el otro material representa un material aglomerante.

5. Procedimiento conforme a la reivindicación 2 ó 3, en el que el otro material representa un material rodado que está en condiciones de acumular una tensión de succión en la capa.

6. Procedimiento conforme a la reivindicación 2 ó 3, en el que el otro material representa un material sintético.

7. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 2 a 6, en el que la capa del otro material se realiza con un espesor de 2 a 30 cm.

8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 2 a 7, en el que la capa del otro material se prepara de antemano a cielo abierto.

9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 2 a 8, en el que la capa del otro material se equipa con sensores, preferiblemente con sensores de presión, de temperatura y/o de humedad.