En el siglo pasado se ha desarrollado una nueva energía: la nuclear. Su aplicación comprende tanto el campo militar como el campo civil. Unos de los aspectos más interesantes es el uso de esta energía para la producción de electricidad de uso civil. El combustible nuclear es de larga duración: unas barras de uranio pueden llegar a producir energía eléctrica durante una década aproximadamente. Sin embargo, a mediados del siglo pasado se planteó el problema de los residuos nucleares. Este problema es muy complejo por que, aunque la duración del combustible sea de una década, el periodo de decaimiento es del orden de siglos. Esta tesis quiere aportar su granito de arena a esta nueva rama de la ciencia nuclear, estudiando algunos aspectos del comportamiento geotécnico de los agregados de sal, para su uso como material de relleno en los depósitos definitivos de los residuos nucleares de mayor peligrosidad.La regla fundamental de diseño de dichos depósitos es que su función debe desarrollarse sin la ayuda del hombre o de máquinas y que la misma naturaleza tiene que ser quien proteja al hombre del riesgo de radiaciones durante el transcurso de los siglos. Parece que al día de hoy la solución mundialmente aceptada es la de un depósito profundo en formaciones rocosas, a veces utilizando antiguas minas, incluso de sal. Se prevé que entre esta década y la próxima entrarán en funcionamiento varios de estos depósitos en los países en que la investigación en este área está más avanzada.En Europa se está haciendo un esfuerzo común, bajo supervisión de la Unión Europea y por medio de proyectos de investigación, para estudiar el funcionamiento del almacenamiento y la difusión de los resultados de esos estudios entre los miembros de la Unión Europea, a fin de dar el mayor provecho a las diferentes investigaciones que en la actualidad se están desarrollando en todos los centros de investigación de Europa.Esta tesis trata sobre el comportamiento termo hidráulico de los agregados de sal debido a las altas temperaturas que el decaimiento de los residuos nucleares produce. Este fenómeno crea unos efectos en los materiales de relleno y en la formación de base de alrededor del deposito.La tesis tiene un desarrollo básicamente experimental. En el laboratorio se realizaron fundamentalmente dos ensayos; el primero permitió determinar la curva de retención de los agregados de sal altamente compactados. Para ello se utilizó la técnica de traslación de ejes para aplicar la succión matricial y se construyó una placa de succión apta a los materiales salinos para la realización de estos ensayos.Este ensayo permitió determinar el comportamiento de una propiedad básica de los materiales salinos no saturados, sus resultados pudieron aplicarse al resto de los trabajos que se realizaron con posterioridad en esta tesis.El objeto del segundo ensayo de laboratorio fue reproducir los fenómenos de variación de porosidad debidos a la presencia de una diferencia de temperatura en las extremidades de la muestra. Dicho ensayo tiene una importancia fundamental para los almacenamientos profundos, porque los residuos radiactivos serán una fuente de calor durante varios siglos y la presencia de elevadas temperaturas induce fenómenos de flujo y transporte en el contacto con los contenedores de carburante nuclear agotado. Además, en el caso de los agregados de sal, a estos fenómenos cabe añadir el intercambio de sal entre la fase sólida y la líquida (precipitación /disolución).Para desarrollar estas pruebas de laboratorio, se dedicó una parte importante de la investigación al desarrollo y comprobación del equipo de ensayo, siendo éste poco convencional y completamente novedoso. Este último ensayo, en su segunda fase, fue convalidado mediante un modelo numérico (CODE BRIGHT). Los resultados del modelo numérico han permitido confirmar todo cuanto se determinó en la fase experimental y la importancia de la succión matricial en estos fenómenos.

A materials synthesis technique was recently developed to generate polymer/nanoparticles composite microcapsules in which synthetic polyamines such as polyallylamine and/or polylysine were crosslinked with multivalent anions to form polymer-salt aggregates, that then served as templates for deposition of nanoparticles (NPs) of various compositions to form micron-sized hollow spheres or "nanoparticle-assembled capsules" (NACs). This electrostatically-driven "polymer-salt aggregate" or "PSA" assembly route is attractive for encapsulation and scale-up because encapsulation and materials formation occur in water, at mild pH values, and at room temperature. NACs can potentially find wide-ranging applications in pharmaceutical, food, and consumer products. It is of crucial importance to address the physical property aspects of NACs in view of their use and applicability. While most applications may require that NACs not disassemble or deform under shear stress, some may require triggered release under specific conditions to release the encapsulated material (e.g., enzymes or drugs). Comparatively, little has been done to assess the physical properties of NACs. The behavior of NACs under varying p1-1 and ionic strength conditions were determined. The capsules were found to be structural intact in the pH range of 4-9 at an ionic strength of 10 mM. The pH range in which they were intact narrowed with increasing ionic strength; the capsules fragmented into smaller pieces at 500 mM. The NACs could be made stable at ionic strengths as high as 1M by the addition of multivalent anions to the suspending fluid. The structurally intact NACs were found to vary in compressive strength from 1 atm to > ∼25 atm, via osmotic pressure studies. The benign assembly conditions of NACs allowed for encapsulation studies of various molecules such as fluorescein, Gd[DOTP] 5- (MRI contrast agent), doxorubicin (an anticancer drug), and uracil (pharmaceutical drug with anticancer properties). X-ray irradiation was studied as a potential external trigger for cargo release. A thorough experimental analysis on diffusive release of a dye molecule (fluorescein) from NACs was carried out. Manipulation of the PSA assembly process was carried out in several studies to explore the generality of the synthesis method. Positively-charged aluminosilicate NPs were studied in place of negatively-charged silica NPs. Surprisingly, these led to solid microspheres instead of hollow microspheres. Following the diffusion-deposition model for microsphere formation, it is seems that the NPs, with positively charged alumina patches on top of a negatively charged silica surface, can fully penetrate into the polymer-salt aggregate to form the solid microspheres. The viscoelastic nature of polymer-salt aggregates was exploited to produce non-sphere-shaped NACs through the use of a high-shear flow instrument (Reynolds number of ∼21,000). A mathematical model was developed to understand the formation of elongated NACs, which indicated the shear and elongational stresses within the boundary layer zones along the flow channel walls were responsible for the observed formation of rod-like microparticles.