El objetivo principal de esta tesis es lograr una mejor comprensión de los procesos termo-hidro-mecánicos y las propiedades del materiales que afectan la forma en que se comportan los componentes del sistema de almacenamiento de los residuos nucleares (barrera arcillosa, relleno, pellets, rocas, huecos y contenedor) durante y después de la instalación en el depósito de residuos. Los modelos y metodologías desarrollados en esta tesis han proporcionado una comprensión más profunda de los procesos de THM que tienen lugar en un sistema de almacenamiento de residuos nucleares y ofrecen estrategias para mejorar el diseño, la selección de materiales y la optimización. La tesis se centra en: - Caracterización de los materiales (ensayos de laboratorio y simulaciones numéricas de estos ensayos), - Dimensionamiento del repositorio (fijación del espaciado entre túneles, definición de una función para la potencia de contenedor con el combustible gastado, adopción de condiciones de contorno térmico), - Análisis de sensibilidad 2D THM (desarrollando una mejor comprensión del sistema modelado, se han estudiado varios casos a lo largo de la tesis). -3D modelo THM (que investiga el efecto de la presión de gas variable en los resultados termo-hidromecánicos). Una de las principales contribuciones de la tesis es combinar modelos completos y complejos para realizar los cálculos de un esquema de repositorio único: - BBM (Barcelona Basic Model) para representar el comportamiento de arcilla no saturada, BExM (Barcelona Expansive Model) para representar componentes como pellets, combinado con modelos de elasticidad para representar roca y el contenedor. - Permeabilidad y curva de retención dependientes de la porosidad (macro-porosidad en el caso de pellets que usan BExM). - Conductividad térmica función del grado de saturación. - Un modelo bi-elastico para representar los huecos. El modelo captura efectos como la conductividad térmica que puede producir un pico temprano de temperatura o curva de retención específica, que produce un secado extremo cerca del contenedor y cierre de huecos, lo que afecta el desarrollo de la presión de hinchamiento. - El modelo de 3D THM a escala real con parámetros elasto-plásticos (BBM) es también una contribución importante. Los ensayos laboratorios realizados para la caracterización de materiales incluyen:ensayo de curva de retención, ensayo de conductividad térmica, infiltración, edómetro y el ensayo de tortuosidad. En general, se logra un acuerdo satisfactorio entre los resultados numéricos y medidos. La mayoría de las analisis de sensibilidad (posición de fractura, salinidad del agua, permeabilidad de la roca, materiales distintos de relleno, condiciones iniciales diferentes para los materiales) muestran un comportamiento en márgenes de seguridad en términos de temperatura, densidad y tensiones. Se ha adoptado una geometría 3D simplificada para los cálculos de THM para verificar el efecto de la tercera dimensión. Los cálculos 3D también incluyen un análisis de sensibilidad. Se ha demostrado que la saturación de los componentes del sistema se retrasa ligeramente cuando se considera la ecuación de balance de masa de aire, en otras palabras, se tiene en cuenta una presión de gas variable. Las simulaciones en 3D de THM del ensayo de FISST a escala real (se realizará un ensayo in situ en la instalación de investigación de Onkalo, Finlandia) se considera un trabajo futuro para validar, optimizar y comprender mejor los modelos y parámetros utilizados en la tesis.