Por Rodolfo Petriz – Fotos: Pablo Carrera Oser / Equipo de Comunicación UNSAM

¿Cómo podemos tener la absoluta seguridad de que un material constructivo va a ser resistente durante 300 años? ¿Cómo garantizar que la durabilidad del mismo no se va a ver afectada por la agresión corrosiva de agentes externos?

Obtener la respuesta a estos interrogantes es uno de los objetivos que persigue el proyecto que, con el apoyo del Programa Nacional de Gestión de Residuos Radioactivos de la CNEA, de la Secretaría de Investigación de la UNSAM y del MINCYT, lleva adelante desde hace varios años.

Pero no es el único. El otro objetivo es determinar cuál es el material más idóneo para construir el repositorio final para los residuos nucleares de nivel medio de actividad, provenientes de las centrales atómicas o de otras actividades que usan elementos radiactivos, como la medicina y algunos sectores de la industria.

“Estos residuos tienen un periodo de semidesintegración de 30 años, eso significa que si hoy tenemos 100 átomos radioactivos dentro de 30 años vamos a tener 50, la mitad. 30 años más tarde tendremos 25 átomos radioactivos y así sucesivamente. Se supone que al cabo de 10 períodos de desintegración, 300 años, la radioactividad de ese material decae de forma tal que pierde su peligrosidad”, explica Gustavo Duffó, director del proyecto y docente de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la UNSAM y del Instituto Sabato.

Por ello, es imprescindible para la seguridad ambiental fabricar un contenedor que garantice que durante un mínimo de tres siglos estos residuos no entren en contacto con la atmósfera.

¿Cómo se puede garantizar mediante estudios de laboratorio que un material va a durar 300 años?

Esa es la pregunta del millón. Nosotros estudiamos al hormigón armado, que es el material con el que se va a fabricar el repositorio de residuos de nivel medio de actividad. El problema al que nos enfrentamos es que la estructura de hormigón armado más vieja que existe no tiene más de 100 años, con lo cual no hay experiencias de degradación tan prolongadas. Sin embargo sabemos qué cosas hay que analizar.

¿Cuáles?

En nuestro laboratorio estudiamos las armaduras de metal que están dentro de la estructura de hormigón. Cuando esas armaduras empiezan a corroerse se forma un óxido que tiene mayor volumen que el metal que se consumió y las va engrosando. Como el hormigón no tiene resistencia a la tracción se termina fisurando. Esto lesiona la estructura ya que genera que se despegue la barra de acero del hormigón. Junto con ello, la corrosión provoca que el acero se adelgace, y esto hace que el hormigón tenga menos resistencia mecánica.

¿El acero no debería no oxidarse al estar dentro del hormigón?

La ventaja que le provee el hormigón al acero es que lo aísla del ambiente. Así, debido a su medio alcalino el acero se pasiva y en esas condiciones debería durar indefinidamente. Sin embargo, como el hormigón es poroso, con el paso del tiempo el dióxido de carbono de la atmósfera va penetrando y consumiendo la alcalinidad del medio por un proceso que se llama carbonatación. Cuando ese frente carbonatado llega a las armaduras, el acero comienza a corroerse. Otro proceso que también genera corrosión es el ingreso de iones agresivos como el cloruro presente en estructuras cercanas al mar o en aguas salinas.

¿Por qué por la porosidad del hormigón no escapa la radiación?

Tanto el dióxido de carbono como el cloruro se van moviendo por un camino sinuoso a través de los poros, en cambio la radiación se mueve en línea recta. A menos que se genere una fisura recta que lo atraviese de lado a lado, si el hormigón tiene el espesor adecuado las radiaciones no lo pueden atravesar.

¿Cómo se puede evitar que estas sustancias agresivas dañen el hormigón?

Esa es la clave de este estudio. Nosotros estudiamos la corrosión del acero, pero lo que hay que lograr es que en 300 años el dióxido de carbono que va penetrando no alcance las armaduras. Si garantizamos eso hay casi un 100% de probabilidades de que el acero no se va a corroer. Para eso se estudian distintos tipos de hormigón en base a su composición. Las variables que se manejan son la clase de cemento que se utiliza, qué cantidad de agua se adiciona, qué tipo y cuánto agregado pétreo se emplea y qué tipo de adiciones se utilizan para lograr una mezcla más fluida.

¿Cómo son los ensayos que realizan en el laboratorio?

Trabajamos introduciendo probetas de hormigón armado, con un espesor de recubrimiento muy delgado, en medios muy agresivos como agua de mar o cabinas de carbonatación para acelerar el proceso de corrosión y proceder a su seguimiento. También tenemos una pared de hormigón expuesta a la atmósfera con sensores de diseño propio que nos ofrecen datos para hacer el seguimiento de varios parámetros relacionados con el proceso de corrosión. Todos estos parámetros nos dan una idea, en función del espesor del recubrimiento, del tiempo que tardará en comenzar el proceso de corrosión de la armadura de acero.

¿Obtuvieron resultados concluyentes?

Terminamos recientemente un trabajo que duró 7 años sobre un tipo de hormigón que diseñaron en el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) que incorpora escoria de alto horno y ciertos aditivos. Llegamos a la conclusión de que bajo ciertas condiciones constructivas, como que la armadura de metal quede separada por un mínimo de 5 cm de hormigón de la atmósfera (espesor de recubrimiento), no tiene que tener problemas en llegar a los 300 años de durabilidad. Este resultado lo vamos a presentar en noviembre en NUCPERF 2012, un congreso que este año se realizará en Francia, y en donde se muestran los trabajos de distintos grupos a nivel mundial dedicados a estudiar la performance del hormigón en la industria nuclear.

En la actualidad los residuos radiactivos permanecen en silos temporarios junto a las plantas nucleares. ¿Cuándo se prevé construir el repositorio final?

Por ahora no se generan muchos residuos de media actividad, la mayor cantidad va a aparecer cuando haya que desmantelar las centrales atómicas. Por lo tanto, la construcción del repositorio está ligada al desmantelamiento de las centrales nucleares y depende fuertemente de factores económicos, políticos y sociales.

¿Qué características constructivas va a presentar?

Al sistema se lo conoce como de barreras múltiples, redundantes e independientes y se lo puede comparar con “las muñecas rusas”: los residuos se colocan en tambores de 200 litros que luego son alojados en contenedores de hormigón armado, con paredes de 15 cm de espesor, los cuales se agrupan por decenas en celdas también de hormigón armado, pero con paredes de mayor espesor y construidas a ras del suelo. Cuando están llenas, estas celdas son tapadas con una mezcla de tierra, arena, piedras y membranas impermeables. Toda la instalación tiene una serie de sensores que permiten el seguimiento on line de su estado.

¿Y los residuos de alta actividad como el combustible usado de las centrales nucleares?

Con ese tipo de desechos la filosofía es otra. Está previsto que los residuos estén dentro de contenedores metálicos que van enterrarse a unos 500 metros de profundidad. Se postula que la durabilidad de este tipo de instalación debe estar en el orden de los 100.000 años. Para los contenedores se están estudiando distintos metales en función de las respuestas que brindan a la corrosión. Dentro del Departamento de Corrosión hay un grupo que está trabajando con aleaciones base níquel y otro comenzará a estudiar al cobre, que son las posibilidades que se barajan en la actualidad. A diferencia de los repositorios de media actividad, de los cuales hay varios operando en distintos lugares del mundo, de alta actividad aún no se construyo ninguno.

¿Qué proyectos de investigación tienen a futuro?

Si bien los resultados obtenidos al presente son alentadores, no nos conformamos y ahora estamos comenzando a estudiar otros hormigones que mejoren la performance del que tenemos. Por ese motivo, este año comenzamos a trabajar en conjunto con el Laboratorio de Entrenamiento Multidisciplinario para la Investigación Tecnológica (LEMIT), quienes están diseñando estos nuevos hormigones para que llevemos a cabo nuestros ensayos.