This study deals with the hydro-mechanical behaviour of compacted bentonite-based materials used as sealing materials in high-level radioactive waste repositories. The pure MX80 bentontie, mixtures of MX80/crushed claystone and MX80/sand were used in the investigation. An experimental study on the swelling pressure of the bentonite-based materials was first performed. The results evidenced the effects of water chemistry, hydration procedure and duration, pre-existing technological void and experimental methods. Emphasis was put on the relationship between the swelling pressure and the final dry density of bentonite. Afterwards, the water retention test, hydration test and suction controlled oedometer test were conducted on samples with different voids including the technological void and the void inside the soil. By introducing the parameters as bentonite void ratio and water volume ratio, an overall analysis of the effects of voids on the hydro-mechanical response of the compacted material was performed. To get better insight into the seal evolution in case of technological void, the effects of final dry density and hydration time on the microstructure features were also characterized. Then, the hydraulic properties under unsaturated state were investigated by carrying out water retention test and infiltration test as well as the microstructure observation. The results obtained allowed relating the variation of hydraulic conductivity to the microstructure changes. A small scale (1/10) mock up test of the SEALEX in situ experiment was also performed to study the recovery capacity of bentonite-based material with consideration of a technological void. The results were used for interpreting the in-situ observations. With a reduced time scale, it provides useful information for estimating the saturation duration and sealing effectiveness of the field design. Finally, the experimental data obtained in the laboratory on bentonite/sand mixture were interpreted in the framework of the Barcelona Expansive Model (BExM). By comparing the model with the experimental results, the performance and limitation of the model were analyzed

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-21T13:34:41Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8365560 bytes, checksum: 9864dee1c44924e2f7a2db5c50f4a7aa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T13:34:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8365560 bytes, checksum: 9864dee1c44924e2f7a2db5c50f4a7aa (MD5) Previous issue date: 2016-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The bentonite term designates gross clays containing at least 50% of smectite and particularly montmorillonite. The smectite have features like lamellar structures, ion exchange capacity, variability of the chemical composition and the electrical charge of the lamellae, which determine the properties in interactions with organic and inorganic substances. Changes in physical and chemical properties of these materials after intercalation of organic compounds has drawn attention due to wide applicability by these hybrids. polar organic molecules such as amines, may replace the water molecules that occupy the interlayer space, resulting in organofílicos materials. Within this perspective, we obtained hybrid bentonite intercalation / amines using bentonite exchanged with sodium and calcium cations. In this case we have used two cyclic diamines of pharmacological importance, an aliphatic, piperazine (PPZ) and an aromatic, pyrazine (PRZ) for hybrid formation by several synthesis routes. Then the drug amiloride hydrochloride, which has in its structure the pyrazine ring is loaded in calcium bentonite sample for subsequent emissions testing. The characterization techniques such as, XRD, IR, TEM, inter alia, the efficiency in all cases. Thus, the results indicate a possible application of such hybrids for obtaining the metal complexes and the use of these systems for controlled emission tests in view of the PPZ have pharmacological properties while PRZ is a base molecule for various drugs, such as amiloride, for example. / O termo bentonita designa as argilas brutas contendo pelo menos 50% de esmectitas e particularmente montmorillonita. As esmectitas possuem características como: estrutura lamelar, capacidade de troca iônica, variabilidade da composição química e da carga elétrica das lamelas, que determinam as propriedades nas interações com substâncias orgânicas e inorgânicas. As alterações nas propriedades físicas e químicas desses materiais após a intercalação de compostos orgânicos tem chamado atenção devido à vasta aplicabilidade apresentada por esses híbridos. Moléculas orgânicas polares, como aminas, podem substituir as moléculas de água, que ocupam o espaço interlamelar, resultando em materiais organofílicos. Dentro dessa perspectiva, foram obtidos híbridos de intercalação bentonitas/aminas utilizando bentonitas trocadas com cátions de sódio e cálcio. Neste caso foram utilizadas duas diaminas cíclicas de importância farmacológica, uma alifática, piperazina (PPZ) e uma aromática, pirazina (PRZ) para a formação de híbridos por diversas rotas de síntese. Em seguida o fármaco cloridrato de amilorida, que tem em sua estrutura o anel pirazínico, foi carregado na amostra cálcica da bentonita para consequentes ensaios de emissão. As técnicas de caracterização como, DRX, IV, MET, entre outros, comprovaram a eficiência em todos os casos. Sendo assim, os resultados indicam uma possível aplicação desses híbridos para obtenção de complexos metálicos, bem como o uso destes sistemas para ensaios de emissão controlada tendo em vista que a PPZ tem propriedades farmacológicas, enquanto a PRZ é uma molécula base para diversos fármacos, como a amilorida, por exemplo.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-06-09T18:33:58Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-06-09T18:33:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo Vanessa Mais do Amaral.pdf: 96205 bytes, checksum: 79515eecc52116cd10d77e7e7c8fc625 (MD5) Previous issue date: 2012-08-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study of the packing of the green sand molds has become increasingly important over the recent years due to the demand for castings of greater dimensional accuracy. Another reason is the growth of products with complex geometry, increasing the need for molds with higher degree of compression across the model profile. In this work, the packing was quantified by measuring the resistance (N / cm ²) of molds, made with different molding technologies. The resistance values of molds manufactured in a high pressure, without air flow molding machine and a jolt squeeze molding machine were compared, using a model of the same geometry. Another experiment tried to quantify the impact of the compaction parameters such as pressure, time of compression and time of air flow, over the resistance measured on a mold made in an air flow squeeze molding machine. Another goal was to measure the influence of molding sand on the packing, through the flowability tests TNO and Orlov. It has been found that castings made on the high pressure machine without air flow, have greater resistance on regions of easy compression, but complex geometry models tend to be more likely to porosities in the mold when compared to jolt squeeze machines. It was also observed that the pre-compression by air flow increases the packing in the most critical regions of the mold. Regarding the method TNO, it is possible to verify that the flowability decreases with increasing compactability of the molding sand, but has no correlation with the variations in the bentonite level. When it comes to the Orlov flowability, it is reduced when it is applyed mixtures with high compactibility, high levels of natural sodium bentonite, finer sand and longer mixing time. / O estudo do adensamento dos moldes em areia a verde tornou-se cada vez mais importante ao longo dos últimos anos em função da procura por peças fundidas de menor variação dimensional. Outro motivo é o crescimento de produtos com geometria complexa aumentando a necessidade de obter moldes com alto grau de compactação em todo o perfil do modelo. Neste trabalho, o adensamento foi quantificado através de medições da resistência (N/cm²) dos moldes confeccionados em diferentes tecnologias de moldagem. Foram confrontados os valores de resistência dos moldes confeccionados em uma máquina de alta pressão sem fluxo de ar e uma máquina de vibração compressão utilizando um modelo de mesma geometria. Outro experimento procurou quantificar o impacto dos parâmetros de compactação como a pressão, tempo de compressão e o tempo de fluxo de ar sobre a resistência medida em moldes confeccionados em uma máquina de alta pressão com fluxo de ar. Objetivou-se também medir a influência da areia de moldagem sobre o adensamento através dos ensaios de fluxibilidade TNO e Orlov. Verificou-se que os moldes confeccionados na máquina de alta pressão sem fluxo de ar possuem maior resistência nas regiões de fácil compactação, mas que em modelos de geometria complexa tendem a apresentar maior tendência às porosidades no molde quando comparado às máquinas de vibração - compressão. Observou-se também que a pré-compactação por fluxo de ar aumenta significativamente o adensamento nas regiões mais críticas do molde. Com relação ao método TNO, é possível verificar que a fluxibilidade diminui com o aumento da compactabilidade da areia de moldagem, mas não possui correlação com as variações no teor de bentonita. Porém a fluxibilidade Orlov é reduzida quando se aplica misturas contendo alta compactabilidade, alto teor de bentonita sódica natural, areias mais finas e maior tempo de mistura.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JuliaCLT_DISSERT.pdf: 2162032 bytes, checksum: 7f341c00df066e306597bec708b72f71 (MD5) Previous issue date: 2013-08-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The increasing demand for asphalt leads to the development of techniques that can improve the quality of products and increase the useful working life of pavements. Consequently, there is a growing application of asphalt emulsions, which are produced from a mixture of petroleum asphalt cement (CAP) with an aqueous phase. The main advantage of asphalt emulsions is its cold application, reducing energy costs. Conventional emulsions are obtained using asphalt, water, solvent, and additives. The modified asphalt emulsion is developed by adding a modifying agent to conventional emulsions. These modifiers can be natural fibers, waste polymers, nanomaterials. In this work modified asphalt emulsion were obtained using organoclays. First, it was prepared a conventional asphalt emulsion with the following mass proportion: 50% of 50/70 penetration grade CAP, 0.6% of additives and 3% of emulsifier, 20% of solvent and 26.4% of water. It was used bentonite and vermiculite (1% and 4%) to obtain the modified asphalt emulsion. Bentonite and vermiculite were added in its raw state and as an organoclay form and as an organoclay-acid form, resulting in 26 experimental runs. The methodology described by Qian et al. (2011), with modifications, was used to obtain the organoclay and the organoclay-acid form. infrared spectroscopy (IR)) were used to characterize the clays and nanoclays. The emulsions were prepared in a colloidal mill, using 30 minutes and 1 hour as mixing time. After, the emulsions were characterized. The following tests were performed, in accordance with the Brazilian specifications (DNER- 369/97): sieve analysis, Saybolt Furol viscosity, pH determination, density, settlement and storage stability, residue by evaporation, and penetration of residue. Finally, it can be concluded that the use of nanoclays as asphalt modifiers represent a viable alternative to the road paving industry / Com o aumento da demanda por asfaltos, faz-se necess?rio o desenvolvimento de t?cnicas que melhorem a qualidade e aumentem o tempo de vida ?til dos pavimentos. Com isso, cresce a aplica??o das emuls?es asf?lticas, que s?o produzidas a partir de uma mistura de Cimento Asf?ltico de Petr?leo (CAP) e uma fase aquosa, tendo como principal vantagem a redu??o de custos energ?ticos devido a sua aplica??o ser a frio. Neste trabalho foram obtidas emuls?es asf?lticas convencionais e modificadas. Para a obten??o de emuls?es asf?lticas convencionais foram utilizados os seguintes constituintes: asfalto, ?gua, solvente e aditivos. As emuls?es asf?lticas modificadas foram desenvolvidas a partir da adi??o de um agente modificante ?s emuls?es asf?lticas convencionais. Os agentes modificantes utilizados foram a bentonita e a vermiculita natural e modificadas com tensoativos. Primeiramente, preparou-se uma emuls?o asf?ltica convencional nas seguintes propor??es: 50% de CAP 50/70, 0,6% de aditivos e 3% de emulsificante em rela??o ? quantidade de asfalto, 20% de solvente e 26,4% de ?gua. Para a obten??o da emuls?o asf?ltica modificada, foi utilizada a bentonita e vermiculita como agente modificador em propor??es de 1% e 4 %. Os constituintes foram adicionados ao moinho coloidal por per?odos de 30 e 60 minutos. Foram realizados 26 ensaios, onde a bentonita e vermiculita foram adicionadas na sua forma natural, na forma organof?lica e na forma organof?lica em meio ?cido. Para a obten??o da argila organof?lica e organof?lica em meio ?cido utilizou-se o m?todo de Qian et al. (2011), com adapta??es. Para caracteriza??o das argilas e nanoargilas utilizou-se a t?cnica de espectroscopia no infravermelho (IV). Ap?s o per?odo de emulsifica??o, foram realizados os ensaios para caracteriza??o da emuls?o obtida. Os seguintes ensaios foram realizados, de acordo com as especifica??es t?cnicas (DNER-EM 369/97): peneiramento, viscosidade Saybolt Furol, pH, densidade, sedimenta??o, res?duo por evapora??o e penetra??o. Por fim, pode-se concluir que as emuls?es asf?lticas modificadas com nanoargilas apresentam-se como uma alternativa para o setor de pavimenta??o

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho aborda o estudo do comportamento mecânico, térmico e reológico do nanocompósito de HMSPP polipropileno de alta resistência do fundido (obtido por radiação gama na dose de 12,5 kGy) e uma argila brasileira bentonítica do Estado da Paraíba (PB), conhecida como chocolate com concentração de 5 e 10 % em massa em comparação a uma argila americana, Cloisite 20A. Foi utilizado nesse nanocompósito o agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico PP-g-AM com 3 % de concentração em massa, através da técnica de intercalação do fundido utilizando uma extrusora de dupla-rosca e, em seguida, os corpos de prova foram confeccionados em uma injetora. O comportamento mecânico foi avaliado pelos ensaios de tração, flexão e impacto. O comportamento térmico foi avaliado pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TGA). O comportamento reológico foi avaliado em um reômetro de placas paralelas. A morfologia dos nanocompósitos foi estudada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As bentonitas organofílicas e os nanocompósitos foram caracterizados por difração de raios X (DRX) e infravermelho (FTIR). Nos ensaios mecânicos houve um aumento de 9 % na resistência à tração e no módulo de Young, para os nanocompósitos de HMSPPC com argila Cloisite 20A. No ensaio de impacto izod, o nanocompósito HMSPPB 10 % com argila chocolate obteve um aumento de 50 % na resistência ao impacto. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-06-09T18:33:58Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-06-09T18:33:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta a preparação e caracterização de compósitos baseados em poli (tereftalato de butileno) PBT e argila brasileira modificada preparados por intercalação por fusão. Os nanocompósitos de PBT com 3 e 5 %, em peso, de argila organicamente modificada, pela adição de um sal quaternário amônio, foram preparadas pelo processo de extrusão utilizando-se uma máquina extrusora dupla rosca. Após o processo de extrusão, os materiais foram injetados para obtenção de corpos-de-prova para os ensaios de caracterização. Parte dos corpos-de-prova foram submetidos ao processo de irradiação utilizando-se um acelerador de feixes de elétrons de 1,5 MeV, à temperatura ambiente e na presença de ar. As amostras de PBT puro e nanocompósitos irradiadas e não irradiadas foram caracterizadas por meio de ensaios mecânicos de tração, flexão e impacto, ensaios de temperatura de distorção térmica (HDT), difração de raios - X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), índice de fluidez, termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) e a correlação entre as propriedades foi discutida. Os resultados mostraram que a adição da argila, em ambas as porcentagens, promoveu aumento superior a 50 % na resistência a tração na ruptura e um ganho de cerca de 35 % na temperatura de distorção térmica quando comparado ao polímero puro. O tratamento por radiação ionizante de feixe de elétrons nas doses utilizadas neste estudo não apresentaram mudanças significativas nas propriedades dos materiais. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência do acréscimo de 4% de bentonita sódica, da anisotropia inerente, produzida pela compactação, e do estado de tensões no comportamento hidráulico de um solo areno-argiloso encontrado na região Costeira Sul do estado do Rio Grande do Sul. Neste estudo, busca-se não somente viabilizar o emprego do referido solo como barreira mineral em obras de proteção ambiental, mas também verificar seu desempenho, quando misturado ao aditivo, perante as condições de fluxo de água experimentalmente impostas, antes e depois da fase de consolidação, nas direções normal e paralela aos planos de orientação preferencial das partículas e poros a elas associados. Com o escopo de atingir tais objetivos, executaram-se dois métodos de compactação (ensaios Mini e Proctor Normal) para a moldagem de corpos de prova com planos de orientação preferencial das partículas ou de compactação normais (θ = 90º) e paralelos (θ = 0º) à vertical. As amostras de solo e mistura foram compactadas na energia Proctor Normal e submetidas aos ensaios triaxiais de condutividade hidráulica, em permeâmetro de parede flexível à carga constante, e de consolidação. A técnica permitiu determinar a condutividade hidráulica dos materiais para vazões desenvolvidas preferencialmente nas direções normal e paralela aos planos de compactação dos corpos de prova. Os resultados demonstram que o acréscimo de 4% de bentonita sódica provoca uma redução da condutividade hidráulica do solo, que supera o valor mínimo exigido de 10-9 m/s em ambas as direções de fluxo, habilitando o emprego deste material para a aplicação prevista. Além disso, verifica-se que a compactação confere um comportamento hidráulico anisotrópico ao solo, no entanto, quando misturado ao aditivo no teor indicado, seu comportamento se modifica, tornando-se mais isotrópico. Os resultados ainda revelam que o efeito da tensão de confinamento sobre a diminuição da condutividade hidráulica do solo e da mistura se mostra significativo para ambas as modalidades experimentais. / This work proposes to evaluate the influence of the inherent anisotropy, promoted by compaction, and the confining pressure on the hydraulic behavior of a clayey sand from the south coastal region of Rio Grande do Sul state (Brazil), in pure condition and mixed with 4% sodium bentonite content. This study aims to make possible the use of this soil as mineral barrier in environmental protection works, as well as evaluating the hydraulic behavior of both materials (soil and mixture), before and after the consolidation stage, when developed water flow conditions in the perpendicular and parallel directions in relation to the compaction planes of the compacted samples. In order to achieve these objectives, was performed a Standard Proctor Test and an alternative compaction test (Mini-test), intending to get specimens with compaction planes in the perpendicular (θ= 90º) and parallel (θ = 0º) directions in relation to the vertical. The soil and mixture samples were compacted at Normal Proctor energy and subjected to the triaxial consolidation and hydraulic conductivity tests. The technique allowed to evaluate the hydraulic conductivity of the specimens for flow perpendicular and parallel to the directions of the compaction planes. The results indicate that the increase of 4% sodium bentonite content reduces the hydraulic conductivity of the soil in both flow directions, making it suitable for employment as protection system in sanitary landfills or in other similar applications. Furthermore, it is observed that compaction provides anisotropic hydraulic behavior to the soil, however, when it is mixed with 4% sodium bentonite content, its behavior changes, becoming more isotropic. The results also reveal that the effect of the confining pressure on the decrease in hydraulic conductivity of the soil and mixture is significant in both adopted experimental conditions.

The geological repository for final storage of spent nuclear fuel, envisioned by the Swedish Nuclear Fuel and Management Company (SKB), relies on several barriers: copper canisters deposited in holes in the floor of underground tunnels in deep bedrock, embedded in a buffer of compacted bentonite. The initially unsaturated buffer would take up water from the surrounding rock mass and swell to seal any potential gap. This initial two-phase (gas and liquid) regime with two components (air and water) may impact the final density, swelling pressure and biogeochemical conditions in the buffer. A main objective of this work is to identify factors and mechanisms that govern deposition hole inflow and bentonite wetting under the prevailing two-phase flow conditions in sparsely fractured bedrock. For this purpose, we use the numerical code TOUGH2 to perform two-phase flow simulations, conditioned by a companion field experiment (the Bentonite Rock Interaction Experiment or BRIE) performed in a 417 m deep tunnel of the Äspö Hard Rock Laboratory in southeastern Sweden. The models predict a significant de-saturation of the rock wall, which was confirmed by field data. To predict the early buffer wetting rates and patterns, the position of local flowing fractures and estimates of local rock matrix permeability appear more important than the total open hole groundwater inflow. A global sensitivity analysis showed that the buffer wetting time and the persistence of unsaturated conditions over extended periods of time in the rock depend primarily on the local fracture positions, rock matrix permeability, ventilation conditions in the tunnel and pressure far in the rock. Dismantling photographs from BRIE were used to reconstruct a fine-scale snapshot of saturation at the bentonite/rock interface, showing tremendous spatial variability. The high level of heterogeneity in the rock generates complex two-phase flow phenomena (air trapping, dissolution), which need to be accounted for in buffer design and rock suitability criteria. In particular, results suggest that uncertainties regarding two-phase flow behavior are relatively high close to residual air saturation, which may also have important implications for other applications involving two-phase flows, such as geological storage of carbon dioxide. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 1: Manuscript. Paper 4: Manuscript.</p>