Mechanical behavior of CBF-K canisters stored at CSA under internal gas pressure
Description du Projet
Dans le cadre d’une actualisation des spécifications d’acceptation des déchets métalliques réactifs dans les ouvrages de stockage de déchets radioactifs de faible et moyenne activité à vie courte au Centre de Stockage de l’Aube (CSA, France), Itasca, en groupement avec EGIS, a évalué le comportement mécanique des ouvrages gravillonnés (OG) [1] et bétonnés (OB), destinés à recevoir les colis d’enveloppe béton - qualifiés de « durables » ou d’enveloppe métallique - qualifiés de « périssables ».
Certains colis contiennent des déchets métalliques réactifs, comme l’aluminium, susceptibles de générer de l’hydrogène gazeux. Des quantités limites admissibles de ces métaux par colis doivent donc être définies par l’Andra, pour éviter tout risque d’endommagement suite à une montée en pression, et ce notamment pour les colis cubiques en béton fibré, appelés « CBF-K », stockés en OG. Pour cela, la pression de gaz interne limite admissible doit être connue.
Role d'Itasca
A partir de l’étude générale [1], des analyses phénoménologiques conceptuelles sont réalisées afin de définir avec l’Andra les cas les plus enveloppes. Huit scénarii sont considérés, couvrant la localisation du colis dans l’ouvrage, d’éventuels défauts du couvercle, et les chargements correspondant aux états avant et après fermeture.
Un calcul analytique « d’ordre de grandeur » est d’abord effectué sur un schéma de structure simplifié afin d’estimer les paliers de pression de gaz à appliquer pour atteindre la rupture du colis.
Une série de simulations numériques, purement mécaniques et instantanées, des colis CBF-K soumis à une montée en pression de gaz à l’intérieur est réalisée avec le logiciel FLAC3D. La pression maximale admissible recherchée est définie comme celle à partir de laquelle la plastification traverse l’épaisseur du conteneur (Fig. 4).
Resultats
Les pressions de gaz maximales admissibles déterminées pour les 8 scénarii sont cohérentes avec la valeur analytique. La cinétique de la réponse du colis sous la montée de pression de gaz est analysée pour les 8 scénarii en termes de:
• Contraintes (Fig. 1), notamment les principales en traction (Fig. 2)
• Déplacements et déformées (Fig. 2)
• Distribution des efforts entre les colis
• État de plasticité (Fig. 3, 4), déformation plastique et résistance en traction résiduelle (Fig. 4)
Les éléments les plus critiques dans le colis lors d’une montée en pression de gaz interne sont identifiés.
Fig. : Colis CBF-K avec surépaisseurs du couvercle et vide apical sous pression de gaz interne maximale admissible. Tenseurs de contraintes principales sur les sections X = 0 et Z = 1,3 m (1) ; Contour de contrainte principale majeure sur déformée exagérée 500 fois (2) ; État de plasticité du colis (3) et sur la section Y = -0,75 m et X > 0 (4)
