Análisis termodinámicos de rellenos de agregados de sal en galerías excavadas en rocas salinas

ANÁLISIS TERMOMECÁNICOS DE RELLENOS DE AGREGADOS DE SAL EN GALERÍAS EXCAVADAS EN ROCAS SALINAS. i AGRADECIMIENTOS AGRADECIMIENTOS Doy las g acias a odas las pe sonas que me han ayudado pa a que es a esina llegase a buen pue o. En especial a mi u o , Sebas ià Oli ella, sin él es a esina no hubie a sido posible. También doy las g acias a mi amilia y amigos po apoya me en odo momen o. GRACIAS ii AGRADECIMIENTOS RESUMEN TÍTULO: Análisis e momecánicos de ellenos de ag egados de sal en gale ías exca adas en ocas salinas. TUTOR: Sebas ià Oli ella Pas alle AUTOR: Ab aham Hidalgo Olea La ene gía nuclea es una de las uen es de ene gía más impo an e debido a su g an p oducción ene gé ica, a pesa de eso, ac ualmen e ya se es á empezando a implemen a al e na i as que la sus i uyan en el u u o. En el p oceso de ob ención de ene gía se gene an esiduos cuyas adiaciones son muy noci as pa a las pe sonas y el medio ambien e. Los esiduos más pelig osos son los de al a ac i idad y no se pueden elimina , po an o se deben busca soluciones al e na i as. En la ac ualidad se es á abajando en el almacenamien o de és os en gale ías p o undas exca adas en oca (AGP) de mane a que queden aislados. Hay a ios ipos de oca que eúnen las condiciones geológicas, ísicas y químicas necesa ias pa a almacena los esiduos, en e ellas la sal. El almacenamien o en gale ía consis e en la exca ación de una gale ía ho izon al en un macizo ocoso salino a a ios cen ena es de me os de p o undidad, donde pos e io men e se deposi an los con enedo es de esiduos y se ellena el espacio en e és os y el macizo encajan e con ag egados de sal i u ada p oceden es de la exca ación. Po úl imo se sella la gale ía con sal de al o g ado de compac ación. En la p esen e esina se han es udiado los e ec os de la con e gencia de la oca po luencia y la empe a u a, sob e la compac ación y educción de la po osidad de los ellenos de sal. Adicionalmen e se ha es udiado el e ec o de la humedad ambien e y de pequeños con enidos de salmue a en el compo amien o mecánico del elleno. Pa a simula el compo amien o del elleno se ha u ilizado el p og ama de elemen os ini os CODE_BRIGHT que esuel e p oblemas acoplados THM (Te mo-Hid o-Mecánicos) en medios geológicos. Pa a isualiza los esul ados se ha u ilizado el p og ama GID. Se han lle ado a cabo a ias simulaciones: en condiciones secas y húmedas, además pa a cada caso se han ealizado di e sos análisis de sensibilidad, a iando la po encia esidual o la humedad ambien e. Finalmen e, a pa i del análisis de los esul ados ob enidos, se puede ex ae cie as conclusiones que se esumen a con inuación: • Los ellenos de ag egados salinos po osos es án some idos a condiciones é micas, hid áulicas y mecánicas ( enómenos THM). El g an núme o de in e acciones simul áneas que se dan en e es os enómenos obliga a esol e el p oblema de mane a acoplada. • Debido a la luencia de la sal se p oduce la con e gencia na u al de las pa edes de la gale ía ce ando el espacio en e los con enedo es y el macizo, educiendo la po osidad del elleno. Es e enómeno pe mi i á que los ellenos de sal adquie an un compo amien o y p opiedades pa ecidas a las del macizo encajan e y se ga an ice el con inamien o de los esiduos. • La educción de la po osidad en el elleno p oduce un aumen o de su conduc i idad é mica (disipa mejo el calo ) además de un aumen o de las ensiones. • Las a iaciones é micas p oducidas po la po encia esidual de los esiduos, acele an la luencia de la sal. A medida que aumen a la po encia, el elleno se calien a más y se ealzan los e ec os p oducidos po la empe a u a. • Los cambios en las condiciones hid áulicas ans o man el elleno en un ma e ial mucho más de o mable que en caso seco. La exis encia de pequeñas can idades de salmue a o humedad acele an la educción de la po osidad y a o ecen que las ensiones en el elleno aumen en. También pueden apa ece enómenos de mig ación de apo . A pa i de las conclusiones se han p opues o una se ie de ecomendaciones a ene en cuen a en p óximos es udios. iii ABSTRAC ABSTRACT TITLE: Te momechanical analyses o po ous sal back illing d i s exca a ed in saline ocks. AUTHOR: Ab aham Hidalgo Olea TUTOR: Sebas ià Oli ella Pas alle The nuclea powe is one o he mos impo an sou ces o ene gy a p esen , i is used almos en i ely o ob ain elec ici y o he ci il consump ion. In he p ocess some was es a e gene a ed. Thei adia ions a e e y ha m ul o he humans and he en i onmen . The high ac i i y adioac i e was e a e he mos dange ous, and canno be elimina ed, he e o e al e na i e solu ions mus be ound. A lo o s udies ha e been done abou he s o age o hese esidues a deep d i s exca a ed in saline media, and keep hem isola ed. This concep o s o age is called AGP. The e a e se e al ypes o ocks ha assemble he geological, physical and chemical condi ions o s o e he was es. The sal o ma ions a e sui able o dispose hem. The d i emplacemen conside s he exca a ion o a ho izon al galle y in saline o ma ions se e al hund eds o me e s dep h. La e he was e con aine s a e se led and he space be ween he hos ock and hem is back illed wi h c ushed sal om he exca a ion. Finally he d i is sealed subsequen ly. In his wo k has been s udied he e ec s o he empe a u e and he ock’s con e gence due c eep de o ma ion on compac ion and he po osi y educ ion o c ushed sal back ills. Addi ionally, he e ec o mois u e and small con en s o b ine in he agg ega e’s mechanical beha iou ha e been s udied. To simula e he back ill beha iou he p og am o ini e elemen s, CODE_BRIGHT, has been used. I sol es coupled p oblems THM (The mo-Hyd o-Mechanical) in geological media. The beha iou o he back ill is ep esen ed by means he cons i u i e model o c ushed sal , p esen ed by Oli ella and Gens (2002). GID has been used o isualize he esul s. Se e al simula ions ha e been done: in d y and we condi ions, besides, o e e y case di e se analyses o sensi i i y ha e been ca ied ou , changing he esidual powe o he mois u e con en . Finally, om he analysis o he esul s, i is possible o d aw some conclusions ha a e summa ized he e: · • The back ills o saline po ous agg ega es a e subjec ed o he mal, hyd aulic and mechanical condi ions (THM phenomena). The g ea numbe o simul aneous in e ac ions be ween hese phenomena o ces o sol e hem in a coupled way. • Due o he c eep de o ma ion o he sal , akes place he na u al con e gence o he d i s walls, closing he space be ween he con aine s and he hos ock. The po osi y o he back ill is educed. This phenomenon will pe mi ha he back ill ends o de elop beha iou simila o he hos ock and now he was e isola ion is gua an eed. The educ ion o he po osi y o he back ill p oduces a ia ions in i s he mal conduc i i y and s esses. • The mal a ia ions p oduced by he esidual powe o he adioac i e was e, enhance he c eep de o ma ion o sal . As he powe inc eases he back ill wa ms up mo e and he p ocesses dependen o he empe a u e a e ampli ied. • Changes in hyd aulic condi ions ans o m he back ill in a mo e de o mable ma e ial han in d y case. The exis ence o small quan i ies o b ine o mois u e accele a es he educ ions o he po osi y and he s esses in he back ill inc ease. In he we case he back ill becomes mo e compac ed, and he phenomena o apou appea . F om he conclusions some ecommenda ions o ake in o accoun on u he s udies ha e been p oposed. i ÍNDICE ÍNDICE AGRADECIMIENTOS................................................................................................................... i RESUMEN.....................................................................................................................................ii ABSTRACT...................................................................................................................................iii ÍNDICE........................................................................................................................................i ÍNDICE DE FIGURAS................................................................................................................... ÍNDICE DE TABLAS................................................................................................................... iii 1. INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES....................................................................................1 2. OBJETIVOS............................................................................................................................4 3. METODOLOGÍA....................................................................................................................5 4. FORMULACIÓN USADA EN EL MODELO...........................................................................6 4.1. ECUACIONES DE BALANCE .......................................................................................6 4.2. ECUACIONES CONSTITUTIVAS ...................................................................................7 4.3. RESTRICCIONES DE EQUILIBRIO .................................................................................7 4.4. ECUACIONES DEL MODELO CONSTITUTIVO............................................................7 5. CODE_BRIGHT....................................................................................................................10 5.1. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CODE_BRIGHT............................................10 5.2. SOLUCIÓN DE SISTEMAS DE ECUACIONES EN CODE_BRIGHT ............................10 5.3. PREPROCESO Y POSTROCESO MEDIANTE GID .....................................................11 5.3.1. PREPROCESO.....................................................................................................11 5.3.2. POSTPROCESO..................................................................................................13 6. DESCRIPCIÓN DEL MODELO............................................................................................14 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO...........................................................................................17 7.1. ANÁLISIS DEL CASO BASE.........................................................................................17 7.1.1. RESULTADOS TÉRMICOS...................................................................................18 7.1.2. RESULTADOS MECÁNICOS...............................................................................21 7.2. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD........................................................................................28 7.2.1. RESULTADOS TÉRMICOS...................................................................................29 7.2.2. RESULTADOS MECÁNICOS...............................................................................32 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO.....................................................................................38 8.1. ANÁLISIS DEL CASO BASE.........................................................................................39 8.1.1. RESULTADOS TÉRMICOS...................................................................................39 8.1.2. RESULTADOS HIDRÁULICOS.............................................................................42 8.1.3. RESULTADOS MECÁNICOS...............................................................................47 8.2. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD........................................................................................55 8.2.1. RESULTADOS TÉRMICOS...................................................................................55 8.2.2. RESULTADOS MECÁNICOS...............................................................................57 8.2.3. RESULTADOS HIDRAÚLICOS.............................................................................62 9. CONCLUSIONES.................................................................................................................65 10. REFERENCIAS.....................................................................................................................68 ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE FIGURAS Figu a 1.1 Rep esen ación esquemá ica de los es s “in si u” TSDE.................................1 Figu a 1.2 Exca ación de la gale ía pa a un ensayo TSDE...............................................2 Figu a 1.3 De alle del p oceso de elleno de la gale ía en un expe imen o TSDE......3 Figu a 4.1 Mecanismo de de o mación ipo DC................................................................8 Figu a 4.2 Mecanismo de de o mación ipo FADT.............................................................8 Figu a 5.1 De alle de la in e az de GID..............................................................................11 Figu a 5.2 Ven anas p incipales de la in e az de CODE_BRIGHT en GID.....................12 Figu a 6.1 De alle de la geome ía del modelo, dis ibución de los ma e iales, y la malla u ilizada.........................................................................................................................14 Figu a 6.2 De alle de los 6 nodos de un elemen o iangula cuad á ico....................14 Figu a 6.3 Condiciones de con o no e iniciales conside adas en el modelo..............16 Figu a 7.1 Si uación de los pun os de medida conside ados en el elleno..................17 Figu a 7.2 Vec o es de lujos de calo gene ados po una po encia esidual de 735W/m, el ac o de escala es de 0,1...............................................................................19 Figu a 7.3 E olución de la empe a u a en a ios pun os pa a P=735W/m.................19 Figu a 7.4 Dis ibución de empe a u as pa a P=735W/m pasados 0, 22, 185 y 3.500 días de simulación. ................................................................................................................20 Figu a 7.5 E olución de la po osidad en los pun os de medida del elleno du an e el iempo de simulación, pa a 735W/m.................................................................................21 Figu a 7.6 Va iación de la po osidad en el elleno pa a P=735W/m pasados 0, 140, 1.400 y 3.500 días....................................................................................................................22 Figu a 7.7 E olución de la conduc i idad é mica del elleno pa a P=735W/m.........23 Figu a 7.8 E olución de la po osidad y de la conduc i idad é mica en el elleno pa a P=735W/m......................................................................................................................23 Figu a 7.9 E olución de los desplazamien os en a ios pun os del elleno pa a P=735W/m. ..............................................................................................................................24 Figu a 7.10 Dis ibución de desplazamien os en el elleno pa a P=735W/m, pasados 0, 300, 1.400 y 3.500 días de simulación..............................................................................25 Figu a 7.11 Dis ibución de ec o es de ensiones pasados 3.500 días pa a P=735W/m. ..............................................................................................................................26 Figu a 7.12 E olución de las ensiones en la zona supe io del canis e pa a P=735W/m. ..............................................................................................................................26 Figu a 7.13 Dis ibución de ensiones en el elleno pasados 0, 185, 1.400 y 3.500 días, P=735W/m. ..............................................................................................................................27 Figu a 7.14 Co elación en e la empe a u a máxima en el canis e y la po encia esidual.....................................................................................................................................28 Figu a 7.15 Co elación en e la po osidad inal encima del canis e y la po encia in oducida..............................................................................................................................28 Figu a 7.16 E olución de la empe a u a en el canis e pa a po encias esiduales de 140, 368, 735 y 1.085W/m......................................................................................................29 i ÍNDICE DE FIGURAS Figu a 7.17 Rep esen ación median e ec o es de los lujos de calo p oducidos en el modelo pa a P=140, 368, 735 y 1.085W/m.....................................................................30 Figu a 7.18 Dis ibución de empe a u as pa a P=140, 368, 735 y 1.085W/m a los 3.500 días de simulación. ................................................................................................................31 Figu a 7.19 E olución de la po osidad en el elleno pa a di e en es po encias esiduales.................................................................................................................................32 Figu a 7.20 Dis ibución de la po osidad en el elleno pa a P=140, 368, 735 y 1.085W/m y 3.500 días de simulación.................................................................................33 Figu a 7.21 E olución de los desplazamien os en la zona ce cana al canis e pa a las cua o po encias conside adas. .........................................................................................34 Figu a 7.22 Dis ibución de los desplazamien os en el modelo pa a P=140, 368, 735 y 1.085W/m y 3.500 días...........................................................................................................35 Figu a 7.23 E olución de las ensiones en la zona supe io del canis e .......................36 Figu a 7.24 Dis ibución de las ensiones en el modelo pa a P=140, 385, 735 y 1.085W/m y 3.500 días...........................................................................................................37 Figu a 8.1 Vec o es de lujos de calo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. ..........................................................................................................................................40 Figu a 8.2 Dis ibución de los lujos de calo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días.................................................................................................................................40 Figu a 8.3 Dis ibución de empe a u as pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. ..........................................................................................................................................41 Figu a 8.4 E olución de la empe a u a en el elleno pa a P=140W/m y Pl=-10MPa..41 Figu a 8.5 Dis ibución del g ado de sa u ación en el modelo pa a P=140W/m y Pl=- 10MPa pasados 3.500 días....................................................................................................43 Figu a 8.6 E olución del g ado de sa u ación en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días......................................................................43 Figu a 8.7 Dis ibución del g ado de sa u ación en el modelo pa a P=140W/m y Pl=- 10MPa pasados 0, 360, 1.400 y 3.500 días..........................................................................44 Figu a 8.8 E olución de la p esión de líquido en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa.........................................................................................................45 Figu a 8.9 Dis ibución de la p esión de líquido en el modelo pa a una P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 0, 55, 180 y 3.500 días.........................................................................46 Figu a 8.10 E olución de la po osidad en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa................................................................................................................................48 Figu a 8.11 Va iación de la po osidad en una sección e ical de la gale ía, pa a P=140W/m y Pl=-10MPa.........................................................................................................48 Figu a 8.12 Dis ibución de la po osidad en el modelo pa a una P=140W/m y Pl=- 10MPa pasados 3.500 días....................................................................................................49 Figu a 8.13 E olución de los desplazamien os en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa................................................................................................50 Figu a 8.14 Dis ibución de los desplazamien os en el modelo pa a P=140W/m y Pl=- 10MPa pasados 3.500 días....................................................................................................51 Figu a 8.15 Dis ibución de ensiones en el modelo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días.................................................................................................................53 ii ÍNDICE DE FIGURAS Figu a 8.16 E olución de las ensiones en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días.............................................................................................53 Figu a 8.17 Dis ibución de ensiones en el modelo pa a una po encia de 140W/m y Pl=-10MPa pasados 0, 200, 1.400 y 3.500 días....................................................................54 Figu a 8.18 E olución de la empe a u a en el canis e pa a las es simulaciones....56 Figu a 8.19 E olución de la empe a u a en la zona supe io del canis e pa a las es simulaciones............................................................................................................................56 Figu a 8.20 E olución de la po osidad en la zona ce cana al canis e pa a las es simulaciones............................................................................................................................58 Figu a 8.21 Va iación de la po osidad en una sección e ical de la gale ía pa a las es simulaciones.....................................................................................................................58 Figu a 8.22 Dis ibución de la po osidad pa a los casos húmedos (Pl=-1MPa y Pl=-10MPa) y pa a el caso seco pasados 3.500 días.......................................................59 Figu a 8.23 E olución de la po osidad en la zona ce cana al canis e pa a las es simulaciones............................................................................................................................60 Figu a 8.24 E olución de las ensiones en la supe io al canis e pa a las 3 simulaciones............................................................................................................................60 Figu a 8.25 Dis ibución de los desplazamien os pa a los casos húmedos (Pl=-1MPa y Pl=-10MPa) y pa a el caso seco pasados 3.500 días.......................................................61 Figu a 8.26 E olución de la p esión de líquido en a ios pun os del elleno pa a las dos simulaciones en ambien e húmedo pasados 3.500 días.........................................62 Figu a 8.27 Dis ibución de p esiones de agua pa a el caso en que Pl=-10MPa MPa y Pl=-1MPa pasados 3.500 días de simulación.....................................................................63 Figu a 8.28 E olución del g ado de sa u ación en a ios pun os del elleno pa a las dos simulaciones en ambien e húmedo pasados 3.500 días.........................................64 Figu a 8.29 Dis ibución del g ado de sa u ación pa a el caso en que Pl=-1 MPa y Pl=-10MPa pasados 3.500 días de simulación...................................................................64 iii ÍNDICE DE TABLAS ÍNDICE DE TABLAS Tabla 6.1 P opiedades de los ma e iales conside adas en el modelo seco................15 Tabla 6.2 Condiciones iniciales conside adas en el modelo..........................................15 Tabla 8.1 P opiedades de los ma e iales conside adas en el modelo húmedo.........38 7 4. FORMULACIÓN USADA EN EL MODELO Balance de agua: ∂ ∂ θ l wSl φ + θ g wSg φ () +∇⋅ jl w+jg w () = w ( 4.3 ) ∂ ∂ (Masa de agua en ase liquida y gas) + Di e gencia (Flujos o ales de agua) = (Apo ación ex e na de calo ); Incógni a: p esión del líquido P = ( M Pa) 4.2. ECUACIONES CONSTITUTIVAS Asociadas a la o mulación an e io hay una se ie de leyes cons i u i as que desc iben las p opiedades ísicas del medio pa a el enómeno conside ado. Las ecuaciones cons i u i as se encuen an en Oli ella e al, 1999, y se enume an a con inuación: • Cu a de e ención • Ley de Da cy • Ley de Fick • Ley de Fou ie • Ley de gases ideales • Ley de Fase 4.3. RESTRICCIONES DE EQUILIBRIO Las es icciones de equilib io (Oli ella e al, 1999) se enume an a con inuación: • Solubilidad • Ley de Hen y • Ley psicomé ica 4.4. ECUACIONES DEL MODELO CONSTITUTIVO Se ha u ilizado el modelo cons i u i o pa a los ag egados salinos desa ollado po Oli ella y Gens, 2002. És e explica el compo amien o iscoplás ico de los ag egados de sal. El modelo se concen a en las de o maciones po luencia que se p oducen como consecuencia de un es ado de ensiones que se man iene cons an e du an e un pe iodo de iempo muy la go (la luencia es un p oceso que depende del iempo). A bajas empe a u as y pequeñas ensiones los mecanismos más impo an es de de o mación po luencia es án basados en la de o mación asis ida po luidos. El modelo cons i u i o se basa en los siguien es mecanismos de de o mación: • De o mación asis ida po luido (FADT) • Fluencia po dislocaciones (DC) El FADT y el DC son los mecanismos dominan es según las condiciones de nues o deposi o y se explican a con inuación, en la Figu a 4.1 y la Figu a 4.2. 8 4. FORMULACIÓN USADA EN EL MODELO Figu a 4.1 Mecanismo de de o mación ipo DC. Figu a 4.2 Mecanismo de de o mación ipo FADT. La no ación DC se e ie e al mecanismo in ac is alino explicado median e la eo ía de la dislocación. La ed c is alina de la sal no es pe ec a po que p esen a huecos y dislocaciones, e Figu a 4.1. Una ensión des iado a aplicada sob e el cue po c is alino causa el mo imien o de esas impe ecciones que, mac oscópicamen e, se e án como de o maciones. Es e mecanismo se de ine como la ans o mación de un ag egado de sal poco compac ado, en un ma e ial al amen e compac ado, como la oca. Las siguien es ecuaciones es án basadas en la eo ía iscoplás ica pa a medios geológicos: )()( 1egTA DC DC = η , )()( 1egTA d DC d DC = η ( 4.4 ) d ε ij DC d =1 ηφ (F)∂G ∂ σ ij ' ( 4.5 ) 2 2⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +== p p qGF α ( 4.6 ) Donde φ es una unción escala de lujo que aumen a cons an emen e con F ( unción de luencia) y ep esen a una medida de elocidad de de o mación iscoplás ica. G es el po encial iscoplás ico y 1 / η es la luidez de la oca. n FF =Φ )( ( 4.7 ) DC ηη = , )1/(1 + ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = n d DC DC p η η α ( 4.8 ) ( ) geg n DC 13)( −= ( 4.9 ) g ggg eg n d DC 1 3 12 3 1 )( 1 2+ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛+ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛++ = − ( 4.10 ) Las unciones )(eg DC y )(egd DC dependen de la geome ía de los g anos de sal y po consiguien e del índice de po os, g y se desc iben más adelan e. 9 4. FORMULACIÓN USADA EN EL MODELO FADT es el mecanismo basado en la mig ación de sal a a és de la ase líquida p esen e en los po os. Es e enómeno se p oduce en e con ac os de g anos de sal o en e con ac os y los po os, e Figu a 4.2. Las de o maciones de los g anos se p oducen po disolución, mig ación, y p ecipi ación de sal desde zonas de concen ación de ensiones a zonas de meno es ensiones. Pa a los ag egados po osos de sal some idos a condiciones de con inamien o, la mig ación a desde los con ac os a los po os p o ocando una educción olumen. La ecuación inal pa a el mecanismo FADT exp esa la elocidad de de o mación como una unción de múl iples a iables: ensiones, índice de po o, amaño de po os, empe a u a y p opiedades del medio. Gene alización del modelo median e una ley iscoelás ica: ij d FADT ijij d FADT FADT ij pp d d'' 3 1 )'''( 2 1 δ η δσ η ε +−= ( 4.11 ) Con: 1 η FADT =16B(T)Sl d0 3gFADT (e)=C(T,Sl,d0)gFADT (e) ( 4.12 ) 1 2 η FADT d=16B(T)Sl d0 3gFADT (e)=C(T,Sl,d0)gFADT d(e) ( 4.13 ) La unción C(T,Sl,d0) incluye la in o mación e e en e al amaño de g ano, con enido de salmue a y empe a u a. Las unciones gFADT y gFADT dcon ienen la dependencia del índice de po os: gFADT (e)=3g2e3/2 1 + e gFADT d(e)=g2 1 + e ( 4.14 ) Siendo g y : g=1 1− () 2=d2 x2 =2e 31−e3/2 () 1+e () =s2 d ( 4.15 ) Po lo an o las unciones gFADT y gFADT d, g y son dependien es de la geome ía. En p incipio, cambios en la o ma de los g anos modi ica ían es as unciones, mien as o as a iables pe manece ían cons an es. 10 5. CODE_BRIGHT 5. CODE_BRIGHT CODE_BRIGHT es una he amien a de cálculo diseñada pa a esol e p oblemas acoplados: Té mico, hid áulico y mecánico; en medio geológico median e elemen os ini os. En un p incipio el código del p og ama se esc ibió (en FORTRAN) en base a una nue a eo ía gene al pa a el medio salino. Ac ualmen e el p og ama se ha gene alizado pa a modela p ocesos e mo-hid o-mecánicos (THM) acoplados en medio geológico. A con inuación se explican di e sos aspec os del p og ama CODE_BRIGHT, (la o mulación comple a se encuen a en Oli ella e al, 1996). 5.1. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CODE_BRIGHT Las p incipales ca ac e ís icas del p og ama es án esumidas a con inuación: • Se pueden esol e an o p oblemas acoplados como desacoplados. • Se pueden ealiza a ios ipos de análisis, en una, dos o es dimensiones. • Se pueden elegi a ios ipos de elemen os. • Leyes cons i u i as: Cada ley se de ine como un conjun o de pa áme os y se pueden es ablece di e en es elaciones en e ellas. • Condiciones de con o no: o P oblema mecánico: Se pueden impone ue zas y desplazamien os en cualquie di ección o en cualquie nodo. o P oblema hid áulico: Se puede impone un lujo de masas o de agua, ai e o una p esión de liquido/gas en cualquie nodo. o P oblema é mico: Se puede impone un lujo de calo y empe a u a en cualquie nodo. • C i e io de con e gencia: Se oman ole ancias del e o absolu o y ela i o independien es pa a cada incógni a. • Opciones de salida de da os: Se puede ob ene la e olución de las a iables en los nodos o en los elemen os. Mapas de con o no del domino de las soluciones. 5.2. SOLUCIÓN DE SISTEMAS DE ECUACIONES EN CODE_BRIGHT CODE_BRIGHT soluciona las siguien es ecuaciones: • Equilib io de ensiones (desplazamien os). • Balance de masas de agua (p esión del líquido). • Balance de masas de ai e (p esión de gas). • Balance de ene gía ( empe a u a). Cada ecuación iene asociada una a iable (esc i a en e pa én esis), que esul a se la incógni a ob enida al esol e la co espondien e ecuación. El p og ama se puede u iliza pa a esol e p oblemas de una sola ecuación. En caso de que e esol e más de una, las ecuaciones se esol e án jun as. No malmen e los p oblemas equie en pasos de iempo a iables y un mé odo i e a i o s, no malmen e el sis ema esul an e de ecuaciones es no-simé ico. 11 5. CODE_BRIGHT 5.3. PREPROCESO Y POSTROCESO MEDIANTE GID CODE_BRIGHT u iliza un p og ama in o má ico llamado GID pa a el p ep oceso y el pos p oceso, el p og ama GID ue desa ollado po el CIMNE (Cen e o Nume ical Me hods in Enginee ing). GID es una in e az de usua io, g á ica e in e ac i a, que se usa pa a la de inición, p epa ación y isualización de odos los da os elacionados con las simulaciones numé icas. Median e GID se puede e de mane a muy sencilla la de inición geomé ica del modelo, los ma e iales, las condiciones iniciales, las de con o no, in o mación sob e o os pa áme os y los esul ados. El p og ama puede gene a mallas de elemen os ini os y esc ibi la in o mación en un lenguaje comp ensible pa a p og amas como CODE_BRIGHT. También es posible ealiza simulaciones numé icas di ec amen e desde el sis ema y e esul ados sin ene que ans e i los. Figu a 5.1 De alle de la in e az de GID. 5.3.1. PREPROCESO CODE_BRIGHT u iliza el p og ama GID pa a el p ep oceso, median e su in e az se puede dibuja la geome ía del p oblema con pun os, líneas y supe icies o impo a la desde un a chi o en CAD de una mane a muy sencilla, e Figu a 5.1. Una ez in oducida la geome ía, se pasa a u iliza las unciones del CODE_BRIGHT, que al es a in eg ado en GID, ambién p esen a una in e az bas an e cla a (pa a in oduci los da os únicamen e se iene que ellena las casillas en blanco). Es a in e az cons a de cua o en anas p incipales, donde únicamen e hay que in oduci los pa áme os necesa ios pa a la simulación en las casillas en blanco, és as se enume an a con inuación y se pueden e en la Figu a 5.2: 12 5. CODE_BRIGHT • Condiciones de con o no e iniciales. • Da os del in e alo. • Da os gene ales del p og ama. • Pa áme os de los ma e iales. Figu a 5.2 Ven anas p incipales de la in e az de CODE_BRIGHT en GID. Una desc ipción más de alla de la in e az del CODE_BRIGHT se encuen a en el manual de usua io del p og ama, (Depa amen o de ingenie ía del e eno, 2001). 13 5. CODE_BRIGHT 5.3.2. POSTPROCESO Una ez ejecu ado el p og ama CODE_BRIGHT, GID lee los esul ados de la simulación y nos pe mi e isualiza los siguien es esul ados: • Geome ía: GID isualiza la malla, las p opiedades y con o nos de las supe icies, además se puede isualiza la malla de o mada de acue do a alguna a iable ec o ial. • Mínimos y máximos: El p og ama pe mi e e los alo es máximos y mínimos de la a iable de la malla ac ual. • Vec o es: Se puede ep esen a una dis ibución de ec o es de acue do a la ma iz de a iables de cada nodo, mos ando sus magni udes y di ecciones. • Campo de con o nos: GID ep esen a las a iables a a és de isosupe icies o con o nos que comp enden alo es en e un ango. • Líneas de con o no: Es a isualización se pa ece a la an e io , pe o en es e caso se sus i uyen las isosupe ícies po isolíneas, donde la línea comp ende pun os del mismo alo . 14 6. DESCRIPCIÓN DEL MODELO 6. DESCRIPCIÓN DEL MODELO Se ha u ilizado un modelo en 2D de un emplazamien o de esiduos adioac i os en una gale ía ( ipo DRIFT) exca ada en un macizo de oca salina pa a simula el compo amien o e mo-mecánico del elleno. Se han conside ado es ma e iales: El macizo ocoso encajan e (Rock Sal ), el elleno de ag egados salinos po osos (Back ill) y el canis e (con enedo de los esiduos adioac i os, ambién llamado calen ado cuando se ealizan expe imen os in si u). La po encia esidual inicial del con enedo de esiduos da luga a inc emen os de empe a u a, en el modelo ambién se simulan los lujos de calo desde el canis e hacia el macizo ocoso. La geome ía del modelo, de inida po pun os, líneas y supe icies, se encuen a en la Figu a 6.1. La malla u ilizada en la simulación modelo cons a de 482 elemen os iangula es cuad á icos ( e Figu a 6.2) y 999 nodos, el amaño de los elemen os es a iable. Se han impues o unos elemen os más pequeños en la zona del elleno con el in de ob ene unos esul ados más p ecisos en esos pun os. La malla ambién es más densa en la zona del calen ado pa a modeliza mejo el lujo de calo in oducido, e Figu a 6.1. Figu a 6.2 De alle de los 6 nodos de un elemen o iangula cuad á ico. Figu a 6.1 De alle de la geome ía del modelo, dis ibución de los ma e iales, y la malla u ilizada. 15 6. DESCRIPCIÓN DEL MODELO Las p opiedades de cada uno de los ma e iales se de allan en la Tabla 6.1: UNIDADES RELLENO MACIZO ROCOSO CANISTER DEFORMACIONES ELÁSTICAS Módulo de Young E MPa 200 25.000 250.000 Módulo de Poisson - 0,27 0,27 0,27 DEFORMACIONES VISCOPLÁSTICAS Fluidi y (AB) 1/s 0,005 0,2e-5 - Ene gía de ac i ación (QB) J/mol 54.000 54.000 - N - 5 5 - COMPORTAMIENTO TÉRMICO Coe icien e de expansión é mica (αs) ºC-1 4,2e-5 4,2e-5 1e-5 Conduc i idad é mica sólido (λs) J/s/ºC/m 5,73 5,73 10 (θs) 0,215e-4 0,75e-4 (λg) 0,1 0,1 - (λl) 0,6 0,6 - Calo especi ico del sólido (CS) J/kg 855 855 500 Tabla 6.1 P opiedades de los ma e iales conside adas en el modelo seco. Condiciones de con o no ( e Figu a 6.3): • Tempe a u a ija de 36,4 º Cen los con o nos ex e io es del dominio. • Desplazamien os ho izon ales impedidos U x = 0 en los planos (x=0, y, z ). • Desplazamien os e icales impedidos U y = 0 en los planos (x,y=0, z ). • Tensión e ical ija S y=−10MPa pa a el plano (x,ymax , z ). • Tensión ho izon al ija S x= − 10MPapa a el plano (xmax ,y, z ). • Po encias esiduales en el canis e que an desde 140W/m has a 1085W/m. Las condiciones iniciales conside adas se esumen en la Tabla 6.2: UNIDADES RELLENO MACIZO ROCOSO CANISTER Tensión inicial (σ0) MPa -0,001 -10,0 -0,001 Tempe a u a inicial (T0) ºC 36,4 36,4 - Po osidad inicial (φ0) - 0,31 0,001 0,00001 Tabla 6.2 Condiciones iniciales conside adas en el modelo. • Se ha conside ado una ensión uni o me de 10MPa en odo el dominio. • El iempo de modelado ha sido 3.500 días (ap oximadamen e 10 años). 16 6. DESCRIPCIÓN DEL MODELO Sy = -10MPa T = 36.4ºC Sx = -10MPa T = 36.4ºC S0 = -10MPa T0 = 36.4ºC n0 = 0.001 S0 = -0.001MPa T0 = 36.4ºC n0 = 0.31 Ux = 0 Uy Ux Uy = 0 S0 = -0.001MPa n0 = 0.00001 Figu a 6.3 Condiciones de con o no e iniciales conside adas en el modelo. 23 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO El descenso de la po osidad en el elleno a ec a a o as p opiedades de la oca que dependen de es a, como po ejemplo la conduc i idad é mica ( λ d y ), que se exp esa de la siguien e mane a: λ d y = λ s (1− φ )⋅ λ g φ ; po lo an o: λ d y = ( φ ) ( 7.1 ) y ( 7.2 ) En la Figu a 7.7 se mues a como la conduc i idad é mica aumen a a medida que pasa el iempo de simulación. Los pun os en que más a ía la conduc i idad son los más ce canos al canis e , ya que son las zonas donde más se educe la po osidad. E olución de la conduc i idad é mica 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Conduc i idad é mica Relleno la e al canis e , P=735W/m Relleno zona supe io canis e , P=735W/m Relleno ce ca canis e , P=735 W/m Figu a 7.7 E olución de la conduc i idad é mica del elleno pa a P=735W/m. Con la Figu a 7.8 se quie e hace én asis en que la disminución de la po osidad iene una in luencia di ec a en la conduc i idad é mica. A medida que la po osidad disminuye la conduc i idad aumen a de la misma mane a. Es e compo amien o pod ía explica po que los lujos son mayo es en el macizo ocoso. Al se un ma e ial mucho más compac o y menos po oso que el elleno iene una conduc i idad é mica mayo . E olución de la po osidad 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Po osidad Relleno la e al canis e , P=735W/m Relleno zona supe io canis e , P=735W/m Relleno ce ca canis e , P=735 W/m E olución de la conduc i idad é mica 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Conduc i idad é mica Relleno la e al canis e , P=735W/m Relleno zona supe io canis e , P=735W/m Relleno ce ca canis e , P=735 W/m Figu a 7.8 E olución de la po osidad y de la conduc i idad é mica en el elleno pa a P=735W/m. 24 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO Los desplazamien os aumen an y se acele an a medida que aumen a la empe a u a, los pun os más alejados del canis e se de o man más ápido que los más ce canos. Es o se debe a que los pun os más alejados, ienen debajo un g oso de elleno conside able, muy a ec ado po la empe a u a y po lo an o blando y de o mable. En cambio en el pun o de medida más ce cano al calen ado se obse a como los desplazamien os son muy pequeños, es o se debe a que el canis e no se de o ma y en consecuencia ese pun o ampoco, e Figu a 7.9. Los desplazamien os máximos se encuen an pasados los 3.500 días de simulación en los la e ales de la gale ía, alcanzando alo es de 0,17m. En las zonas más ce canas al calen ado se egis an meno es desplazamien os, del o den de 0,097m y 0,078m. La con e gencia na u al del macizo ocoso se e a ec ada po el aumen o de empe a u a, ya que la sal es un ma e ial al amen e iscoso y luye ácilmen e bajo un inc emen o de empe a u a. La Figu a 7.10 mues a la dis ibución de los desplazamien os en el elleno en a ios momen os de la simulación, se obse a como a medida que pasa el iempo, el elleno y el macizo se calien an y las con e gencias se acele an. E olución de los desplazamien os 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Desplazamien os [m] Relleno la e al canis e , P=735W/m Relleno zona supe io canis e , P=735W/m Relleno ce ca canis e , P=735 W/m Figu a 7.9 E olución de los desplazamien os en a ios pun os del elleno pa a P=735W/m. 25 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO Figu a 7.10 Dis ibución de desplazamien os en el elleno pa a P=735W/m, pasados 0, 300, 1.400 y 3.500 días de simulación. 26 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO En líneas gene ales las ensiones son mayo es en la oca salina que en el elleno, es o es debido a que el elleno es bas an e más blando y mucho más po oso que el macizo ocoso. Las ensiones en el macizo son del o den de ocho eces más g andes que en el elleno, e Figu a 7.13. En la Figu a 7.11 se e cla amen e como las lechas, que ep esen an las ensiones, son mucho más g andes en el macizo ocoso que en el elleno. Se puede obse a como a medida que pasa el iempo, las ensiones en el elleno aumen an. Has a los 750 días ap oximadamen e es e aumen o es muy ápido (se pasa de 0MPa a 1,75MPa). A pa i de es e momen o las ensiones aumen an más len amen e, se pod ía deci que ienden a es abiliza se, ya que en 2.750 días se pasa de 1,75MPa a 2,25MPa, es o puede es a elacionado con el hecho de que la po osidad has a ese momen o se haya educido bas an e y el elleno es é más compac ado y cues a más educi su po osidad, e Figu a 7.12. También se puede e el e ec o del lujo de calo sob e las ensiones en la base de la gale ía, debido a la luencia de la sal hay una zona del macizo ocoso que p esen a meno es ensiones pe o muy concen adas, e Figu a 7.13. Figu a 7.11 Dis ibución de ec o es de ensiones pasados 3.500 días pa a P=735W/m. E olución de las ensiones -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Tensión [MPa] Relleno zona supe io canis e , P=735W/m Figu a 7.12 E olución de las ensiones en la zona supe io del canis e pa a P=735W/m. 27 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO Figu a 7.13 Dis ibución de ensiones en el elleno pasados 0, 185, 1.400 y 3.500 días, P=735W/m. 28 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO 7.2. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Con el in de analiza el compo amien o del modelo en e a di e en es a iaciones de empe a u a se han conside ados cua o lujos de calo dis in os: 140W/m, 368W/m, 735W/m y 1.085W/m, es as son las po encias esiduales que emi e el canis e de mane a cons an e desde el décimo día de simulación has a el inal del p oceso. Al inal de la simulación las empe a u as alcanzadas po el calen ado an de los 58ºC, pa a una po encia de 140W/m, has a los 195ºC, pa a 1.085W/m. En la Figu a 7.14 se elaciona la po encia con la empe a u a máxima alcanzada en el canis e , se puede e como la des iación espec o a una endencia lineal se debe a la dependencia de la conduc i idad é mica de la po osidad y empe a u a. A g andes asgos se obse a como a medida que aumen a la po encia, aumen a la empe a u a que se alcanza en el calen ado . El inc emen o de empe a u a debido al lujo de calo emi ido po el canis e iene g an in luencia en la po osidad. La g á ica po osidad inal – po encia (Figu a 7.15), mues a como la po osidad se des ía más de una endencia lineal con la po encia, ya que a medida que aumen a la po encia, la po osidad diminuye más ápidamen e po e ec o de la empe a u a. El aumen o de empe a u a acele a la luencia de la sal. Tempe a u a máxima - po encia 50 70 90 110 130 150 170 190 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Po encia [W/m] Tempe a u a [ºC] Figu a 7.14 Co elación en e la empe a u a máxima en el canis e y la po encia esidual. Po osidad inal encima del canis e - po encia 0,15 0,17 0,19 0,21 0,23 0,25 0,27 0,29 0,31 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Po encia [W/m] Po osidad Figu a 7.15 Co elación en e la po osidad inal encima del canis e y la po encia in oducida. 29 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO A con inuación se compa a el compo amien o del modelo pa a di e en es po encias esiduales: 1.085W/m, 735W/m, 368W/m y 140W/m. 7.2.1. RESULTADOS TÉRMICOS La Figu a 7.17, nos da una idea de los lujos de calo emi idos po el canis e pa a las cua o po encias conside adas. Todas las igu as ienen el mismo ac o de escala pa a pode hace una compa ación cuali a i a. Los ec o es que simbolizan los lujos son mayo es a medida que aumen a la po encia esidual, en el caso en que la po encia sea de 140W/m los ec o es son muy pequeñas, en cambio en el caso en que la po encia sea de 1.085W/m las lechas son mucho más g andes, lo que implica lujos de calo mayo es. Como se ha comen ado en el análisis del caso base, los lujos de calo son mayo es hacia las zonas del macizo ocoso, ya que es menos po oso y más conduc i o. En la Figu a 7.18 se obse a la dis ibución de empe a u as en el elleno, en los cua o casos, odo el elleno e aumen ada su empe a u a. Pa a una po encia de 140W/m el canis e alcanza una empe a u a inal de 48ºC, pa a 368W/m se alcanzan los 98ºC y pa a 1.085W/m los 196ºC, e Figu a 7.16. E olución de la empe a u a 0 50 100 150 200 250 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Tempe a u a [ºC] Canis e , P=140W/m Canis e , P=368W/m Canis e , P=735W/m Canis e , P=1085 W/m Figu a 7.16 E olución de la empe a u a en el canis e pa a po encias esiduales de 140, 368, 735 y 1.085W/m. 30 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO Figu a 7.17 Rep esen ación median e ec o es de los lujos de calo p oducidos en el modelo pa a P=140, 368, 735 y 1.085W/m. 31 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO Figu a 7.18 Dis ibución de empe a u as pa a P=140, 368, 735 y 1.085W/m a los 3.500 días de simulación. 32 7. ANÁLISIS EN AMBIENTE SECO 7.2.2. RESULTADOS MECÁNICOS La po osidad disminuye en las zonas del elleno más ce canas al canis e ; En el p ime caso (po encia 140W/m), pasados los 3.500 días de simulación, la po osidad se educe un 5,3% ha pasado de 0,31 a 0,293 (en el pun o de medida más ce cano al canis e ), es una a iación muy pequeña. Como se puede comp oba en la Figu a 7.19, pa a una po encia esidual de 140W/m la e olución de la po osidad a lo la go del iempo es casi ho izon al. Además la zona en la que se educe la po osidad del elleno es muy pequeña, y se cen a básicamen e en el con o no del canis e (las pa es supe io e in e io que son las a ec adas po los lujos de calo más g andes) e Figu a 7.20. En el caso en que la po encia in oducida es de 368W/m se obse a como la zona en que ha a iado la po osidad es mayo que en el caso an e io , ningún pun o del elleno p esen a una po osidad supe io a 0,28, se sigue obse ando como las zonas más ce canas al calen ado son en las que más se educe la po osidad. En el pun o de medida conside ado an e io men e la po osidad ha descendido un 10,12%, habiendo pasado de un alo 0,31 a 0,278, e Figu a 7.20. Pa a 1.085W/m de po encia, la po osidad en odo el elleno se e educida po e ec o de un mayo aumen o de la empe a u a que acele a la luencia de la sal y po lo an o las con e gencias del macizo. En es e caso ningún pun o p esen a una po osidad supe io a 0,25, e Figu a 7.20. En el pun o de medida conside ado la po osidad se ha educido un 44% aho a su alo es de 0,17. En la Figu a 7.19 se obse a como a medida que aumen an los lujos de calo emi idos po el canis e se p oducen mayo es a iaciones de la po osidad en el elleno. En gene al, cuan o mayo es la po encia suminis ada más ápido se educe la po osidad. E olución de la po osidad 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Po osidad Relleno zona supe io canis e , P=140W/m Relleno zona supe io canis e , P=368W/m Relleno zona supe io canis e , P=735W/m Relleno zona supe io canis e , P=1085W/m Figu a 7.19 E olución de la po osidad en el elleno pa a di e en es po encias esiduales. 39 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Condiciones de con o no: Las mismas que en el caso seco, además se ha implemen ado pa a el caso húmedo: • Pl=−100 M Pa y γ l=100 en las líneas de con o no. • Tamaño de g ano 500μm. Condiciones iniciales: Se han conside ado las mismas condiciones iniciales que en el caso seco. Además se ha implemen ado pa a el caso húmedo: • MPaP 10−= l en odo el dominio. • El iempo de modelado ha sido 3.500 días (ap oximadamen e 10 años). 8.1. ANÁLISIS DEL CASO BASE En es e apa ado se analiza an los esul ados ob enidos pa a la simulación del caso húmedo. Como en el caso seco, analizado an e io men e, el p oceso de simulación cons a de dos e apas: • La p ime a e apa du a al ededo de 10 días, se conside a una p esión li os á ica de -10MPa y no se aplica ningún ipo de calo . Se p oduce una elajación de las ensiones. Al es a en ambien e húmedo se ha conside ado una p esión de líquido de -10MPa y una γl=100. Tene en cuen a una p esión de líquido en el dominio implica que el elleno y el macizo encan e p esen an un g ado de sa u ación co espondien e al alo de la p esión de líquido en la cu a de e ención del ma e ial. • En la siguien e e apa se in oduce el lujo de calo (cuyas unidades se án W/m de canis e ) que se man end á cons an e has a alcanza el iempo de simulación deseado. En ambas e apas se u iliza el modelo iscoplás ico que simula las de o maciones plás icas debidas a la luencia de la sal. En es e apa ado se analizan los esul ados del modelo pa a el caso en que la po encia esidual es de 140W/m en el calen ado . El iempo de simulación ha sido 3.500 días. La empe a u a inicial en el dominio es de 36,4ºC y al inal de la simulación se han alcanzado 43,7ºC en el canis e . Los pun os de análisis son los mismos que los conside ados pa a el análisis en ambien e seco, de es a mane a se pod án compa a los esul ados ( e Figu a 7.1). 8.1.1. RESULTADOS TÉRMICOS El lujo de calo esidual emi ido po el canis e (140W/m) p oduce una a iación en la empe a u a del ma e ial colindan e, a ec ando di ec amen e al elleno y a la oca encajan e. En la Figu a 8.1 se obse a como los ec o es de lujos de calo se dis ibuyen adialmen e en el ma e ial ce cano al canis e . 40 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO En la Figu a 8.2 queda bas an e cla a la zona de alcance de los lujos de calo y sus alo es. Se puede ap ecia como la dis ibución de lujos de calo en el dominio no es uni o me (Figu a 8.2), los lujos son mayo es cuando a a iesan el macizo ocoso. Cla amen e, en la base de la gale ía el á ea de in luencia de los lujos de calo es más amplia y los alo es son más al os cuando es án en con ac o con el macizo ocoso, que p esen a una conduc i idad é mica mayo . Figu a 8.1 Vec o es de lujos de calo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. Figu a 8.2 Dis ibución de los lujos de calo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. La dis ibución de empe a u as al inal de la simulación, an o en el elleno salino como en el macizo encajan e, es án ep esen adas en la Figu a 8.3. La zona más calien e es el canis e , que alcanza una empe a u a de unos 53ºC, las empe a u as an disminuyendo a medida que se alejan del canis e . En el pun o de medida más ce cano al calen ado se alcanzan los 50ºC, mien as en los pun os de medida más alejados la empe a u a es de 43,7ºC. 41 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Figu a 8.3 Dis ibución de empe a u as pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. En la Figu a 8.4 se obse a un enómeno bas an e cu ioso: En los pun os más alejados del cen o de la gale ía la empe a u a al inal de la simulación coincide con la empe a u a máxima, en cambio en las zonas más ce canas al calen ado , y en el mismo canis e , es e enómeno no se p oduce. Es o es debido a dos p ocesos que se o iginan en el elleno: el más impo an e es la educción de la po osidad del elleno, que p o oca un aumen o de su conduc i idad é mica y po lo an o se a o ece la disipación del calo . También se dan enómenos de di usión del apo : el agua se e apo a en la zona más ce cana al canis e y se mue e ( anspo ando calo y humedad) hacia zonas más dis ales y ías. Es os dos enómenos se pueden conside a como un mecanismo de e ige ación del calen ado . Es a especie de e ige ación-disipación é mica es más acusada en el canis e : a los 450 días se alcanza la empe a u a máxima de 55ºC, pe o a pa i de ese momen o la empe a u a empieza a descende endiendo a un alo de 53ºC ( e Figu a 8.4). En el caso de las zonas más ce canas al canis e ambién se p oduce el mismo e ec o pe o de meno magni ud. E olución de la empe a u a 35 40 45 50 55 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Tempe a u a [ºC] Canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno la e al canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Figu a 8.4 E olución de la empe a u a en el elleno pa a P=140W/m y Pl=-10MPa. 42 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO 8.1.2. RESULTADOS HIDRÁULICOS Las a iaciones del g ado de sa u ación pa a los es pun os más ep esen a i os del elleno es án ep esen adas en la Figu a 8.6. El compo amien o es muy di e en e dependiendo de la si uación de los pun os de medida. En la Figu a 8.5 se obse a como hay dos zonas bien di e enciadas: Una zona que odea al canis e donde el g ado de sa u ación es de 0,0001 (zona muy seca) y o a que comp ende las pa edes y el echo de la gale ía (en el macizo encajan e) donde los alo es son ce canos a 0,1 (zona más húmeda). En la zona más ce cana al canis e se ha p oducido un secado bas an e impo an e del elleno, es o se debe a que el agua se ha e apo ado y mig ado hacia zonas más alejada. El g ado de sa u ación en esa zona desciende muy ápidamen e a pa i de la in oducción de calo (desde los 10 días), alcanzando un alo de 0,0001 que se man end á cons an e has a el inal de la simulación, e Figu a 8.6. En los pun os de medida más alejados del calen ado el g ado de sa u ación aumen a muy ápido al p incipio es a zona es á más ía y se condensa el apo p oducido en las zonas más calien es. Pe o llega un momen o en que la a iación de empe a u a les a ec a lo su icien e como pa a que és os ambién empiecen a seca se y disminuya su g ado de sa u ación. En la Figu a 8.6, el pun o si uado en un la e al del elleno, alcanza un g ado de sa u ación máximo de 0,0027 pasados 350 días, no obs an e a pa i de en onces es as zonas ambién se en muy a ec adas po la empe a u a y se educe la llegada de apo (se empiezan a seca ) y el g ado de sa u ación empieza a descende has a que se man iene cons an e en o no a 0,001. En la Figu a 8.7 se mues a en a ias ins an áneas la e olución del g ado de sa u ación en el elleno: A los 200 días el calen ado ha empezado a seca casi odo el elleno y hay pequeñas zonas del macizo ocoso, en los la e ales de la base de la gale ía, donde se acumula apo agua. Al llega a los 900 días empiezan a desa olla se en la zona del echo de la gale ía esas pequeñas zonas de acumulación de apo , el g ado de sa u ación alcana alo es de 0,05. Al inal de la simulación el calo ha secado el elleno, el g ado de sa u ación ha descendido has a 0,0001 mien as en el echo los alo es son del o den de 0,14. 43 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO E olución del g ado de sa u ación 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] G ado de Sa u ación Relleno la e al canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Figu a 8.6 E olución del g ado de sa u ación en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. Figu a 8.5 Dis ibución del g ado de sa u ación en el modelo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 3.500 días. 44 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Figu a 8.7 Dis ibución del g ado de sa u ación en el modelo pa a P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 0, 360, 1.400 y 3.500 días. 45 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO En la Figu a 8.8 y la Figu a 8.9 se obse a como la p esión de agua p esen a una e olución en el iempo de simulación y una dis ibución de p esiones en el dominio muy pa ecida a la del g ado de sa u ación. E olución de la p esión de líquido -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] P esión de líquido [MPa] Relleno la e al canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Figu a 8.8 E olución de la p esión de líquido en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa. En la Figu a 8.8, las succiones aumen an muy ápidamen e en las zonas más ce canas al calen ado . Las p esiones nega i as son succiones, se alcanzan los -76MPa, pos e io men e su en un lige o descenso has a llega a un alo cons an e de -57MPa. En es a g á ica se puede in e p e a que el elleno ce cano al calen ado se seca. En el caso de los pun os más alejados la endencia es al con a io: Las succiones disminuyen un poco al p incipio (de -10 has a -7MPa y el elleno se humedece) pa a luego aumen a (de -7 has a -13MPa, el elleno acusa los e ec o de la empe a u a y seca) y se man ienen cons an es en un alo ce cano a -13MPa. En la Figu a 8.9 se obse a como a medida que pasa el iempo los alo es de p esión de líquido más pequeños ienden a aleja se de la zona del canis e y a si ua se en la zona supe io de la gale ía. En cambio, en las zonas que odean al canis e las succiones son cada ez mayo es. 46 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Figu a 8.9 Dis ibución de la p esión de líquido en el modelo pa a una P=140W/m y Pl=-10MPa pasados 0, 55, 180 y 3.500 días. 47 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO 8.1.3. RESULTADOS MECÁNICOS La a iación de la po osidad en elleno depende de la con e gencia de las pa edes de la gale ía. Además la con e gencia se e a ec ada po las a iaciones de la empe a u a y po la p esencia de agua. La e olución de la po osidad en los es pun os de medida oman una misma endencia, a g andes asgos se puede deci que independien emen e de su si uación, en los es pun os la po osidad disminuye de la misma mane a, e Figu a 8.10. Po ejemplo, en el pun o si uado en la zona supe io del canis e se pa e de una po osidad inicial de 0,31 y al inal de la simulación la po osidad es mínima y alcanza un alo de 0,073, es o supone una disminución del 76%. En el es o de pun os la a iación sigue una misma endencia. En cuan o se ealiza un análisis exhaus i o de la a iación de la po osidad en el elleno (Figu a 8.12) se obse a un enómeno impo an e: El hecho de habe implemen ado el modelo con el FADT implica que en las zonas donde el g ado de sa u ación es mayo ( echo de la gale ía y pa edes) se p oduce una disminución bas an e impo an e de la po osidad. Es o se debe a que la p esencia de agua en esa zona p oduce enómenos de disolución en e las pa ículas del elleno que ienden a educi la po osidad, además la p esencia del agua eblandece el ma e ial lo que implica una mayo de o mabilidad. En la Figu a 8.12 se obse a como la po osidad se educe a medida que pasa el iempo, además la educción de la po osidad se inicia desde el echo y pa edes de la gale ía hacia el canis e . Pasados los 3.500 días de simulación, la po osidad en la zona supe io del elleno es muy ce cana a la del macizo encajan e. 48 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO E olución de la po osidad 0,055 0,105 0,155 0,205 0,255 0,305 0,355 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Po osidad Relleno la e al canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Figu a 8.10 E olución de la po osidad en a ios pun os de medida pa a P=140W/m y Pl=-10MPa. Va iación de la po osidad 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0123456789101112 Dis ancia al o igen [m] Po osidad Po osidad inicial Po osidad a los 100 días Po osidad a los 500 días Po osidad a los 1500 días Po osidad a los 3500 días A B B A Figu a 8.11 Va iación de la po osidad en una sección e ical de la gale ía, pa a P=140W/m y Pl=-10MPa. 55 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO 8.2. ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Se ha lle ado a cabo una nue a simulación, la p esión de líquido es de -1MPa, es o quie e deci que el g ado de sa u ación en el elleno y en el macizo encajan e es mayo que en el caso base, es deci , el ambien e se á más húmedo. En el siguien e apa ado se compa an los esul ados ob enidos pa a es a simulación y la lle ada a cabo en el apa ado an e io (Pl=-10MPa). Además se compa a án los esul ados del caso seco (DC) con los ob enidos pa a el modelo con el FADT implemen ado, de es a mane a se pod á analiza el g ado de in luencia que ienen los mecanismos de de o mación o iginados po la p esencia de agua. 8.2.1. RESULTADOS TÉRMICOS En el ambien e seco, el la empe a u a en el calen ado alcanza los 58,5ºC mien as en el caso húmedo se alcanzan los 52ªC, e Figu a 8.18. En la Figu a 8.18 se puede e que la endencia de las dos simulaciones, húmeda y seca es dis in a. En el caso del ambien e seco el canis e se calien a muy ápido al p incipio y pos e io men e la empe a u a sigue aumen ando. En cambio, en ambien e húmedo el canis e se calien a mucho más ápido al p incipio, alcanzando mayo es empe a u as que en el caso seco pa a los mismos iempos. Una ez ha alcanzado los 55ºC la empe a u a del calen ado empieza a descende y a es abiliza se en o no a los 52ºC. Es e enómeno se debe a que el elleno se ha compac ado más en el caso húmedo que en el seco y po an o su conduc i idad é mica aumen a. La empe a u a iende a disipa se mejo ya que el elleno es más conduc i o. También juega un papel impo an e la di usión del apo de agua que anspo a calo y humedad de las zonas más calien es a o as más ías. Como se puede e en la Figu a 8.18, cuan o mayo es el con enido en agua, mayo es la e iciencia del anspo e del apo y meno la empe a u a que alcanza el canis e . Tal y como ocu e con el canis e , el es o del elleno se compo a de una mane a muy pa ecida. En la Figu a 8.19 se obse a como la e olución de la empe a u a en la zona supe io del canis e pa a el caso seco iene dos endencias de c ecimien o, en un p ime momen o aumen a la empe a u a de una mane a muy ápida y luego sigue aumen ando pe o más len amen e (pa a 3.500 alcanza los 47ºC). La empe a u a no se es abiliza en o no a ningún alo ya que no hay ningún ac o que limi e el aumen o de empe a u a. Todo lo con a io sucede en el caso húmedo, donde pa a las dos p esiones de líquido conside adas, el elleno se es abiliza en una empe a u a de 43ºC, e Figu a 8.19. Es a es abilización, como ya se ha comen ado pa a el caso del canis e , se debe al e ec o del aumen o de la conduc i idad é mica del elleno y al de la di usión de apo , que anspo a el calo hacia zonas más ías, ac uado como e ige ado . 56 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO E olución de la empe a u a 35 37 39 41 43 45 47 49 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Tempe a u a [ºC] Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno zona supe io canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, ambien e seco Figu a 8.19 E olución de la empe a u a en la zona supe io del canis e pa a las es simulaciones. E olución de la empe a u a 30 35 40 45 50 55 60 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Tempe a u a [ºC] Canis e , P=140 W/m, ambien e seco Canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Canis e , P=140W/m, P =-1MPa Figu a 8.18 E olución de la empe a u a en el canis e pa a las es simulaciones. 57 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO 8.2.2. RESULTADOS MECÁNICOS En la Figu a 8.20 se analiza la e olución de la po osidad en un pun o ce cano al canis e . La a iación de la po osidad en el elleno pa a el caso seco es muy pequeña, del 10%, en cambio pa a el caso húmedo hay una a iación mucho mayo : la po osidad pasa de una alo inicial de 0,31 a 0,08 en 3.500 días, es una a iación del 74%. A medida que el ambien e se humedece, se p oduce una educción mayo de la po osidad, es deci , cuan a más agua hay, más de o mables se uel en el elleno y el macizo encajan e. Po lo an o, la acción conjun a de la con e gencia de la oca, las a iaciones de empe a u a y las mig aciones del apo de agua acele an las de o maciones del elleno. En la Figu a 8.21 se obse a la a iación de la po osidad en una sección e ical de la gale ía. El o igen de la g á ica es á si uado en un pun o del macizo sob e el echo de la gale ía. La po osidad disminuye mucho más en el caso húmedo que en el seco. La Figu a 8.22 pe mi e hace una compa a i a isual de mane a muy cla a de la dis ibución de la po osidad en el elleno en cada caso: Se p oduce una educción d ás ica de la po osidad al implemen a el modelo con el FADT. Además pa a los casos más húmedos la po osidad inal disminuye, po an o, la p esencia de agua en el modelo es una ac o cla e en el compo amien o del elleno. 58 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO E olución de la po osidad 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Po osidad Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno ce ca canis e , P=140 W/m, ambien e seco Figu a 8.20 E olución de la po osidad en la zona ce cana al canis e pa a las es simulaciones. Va iación de la po osidad 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0123456789101112 Dis ancia al o igen [m] Po osidad Po osidad en el elleno pa a P=140W/m, Pl=-10MPa Po osidad en el elleno pa a P=140W/m, Pl=-1MPa Po osidad en el elleno pa a P=140W/m, ambien e seco A B AB Figu a 8.21 Va iación de la po osidad en una sección e ical de la gale ía pa a las es simulaciones. 59 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Figu a 8.22 Dis ibución de la po osidad pa a los casos húmedos (Pl=-1MPa y Pl=-10MPa) y pa a el caso seco pasados 3.500 días. 60 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO E olución de las ensiones -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Tensión [MPa] Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno zona supe io canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, ambien e seco Figu a 8.24 E olución de las ensiones en la supe io al canis e pa a las 3 simulaciones. La a iación de la po osidad es á causada po los desplazamien os del elleno, si és os aumen an se p oduci á una educción de la po osidad. Tan o es así, que la g á ica de desplazamien os es muy pa ecida a la de po osidad, e Figu a 8.23. Las ensiones en el elleno aumen an a medida que és e se compac a. En el ambien e seco las ensiones aumen an p og esi amen e y de una mane a muy len a alcanzando un alo de -1MPa. En cambio, en el caso húmedo las ensiones aumen an ápidamen e, más ápido cuan o mayo es el con enido en agua, has a man ene se en o no a un alo de -11MPa. Las ensiones son diez eces más g andes en el mismo pun o en el caso del ambien e húmedo que en el seco, y es o es así po que la po osidad del elleno en ese pun o ambién es mucho más pequeña en el ambien e húmedo que en el seco, e Figu a 8.24. E olución de los desplazamien os 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] Desplazamien os [m] Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno ce ca canis e , P=140 W/m, ambien e seco Figu a 8.23 E olución de la po osidad en la zona ce cana al canis e pa a las es simulaciones. 61 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Figu a 8.25 Dis ibución de los desplazamien os pa a los casos húmedos (Pl=-1MPa y Pl=-10MPa) y pa a el caso seco pasados 3.500 días. 62 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO 8.2.3. RESULTADOS HIDRAÚLICOS En lo que se e ie e a esul ados hid áulicos, únicamen e se compa an los dos casos en ambien e húmedo, (El caso seco no p esen a esul ados hid áulicos). Se analiza la e olución de la p esión de agua, en el pun o más ce cano al canis e pa a las dos casos conside ados y se obse a como ambas cu as siguen una endencia pa ecida: una disminución inicial de la p esión, y luego se es abilizan en un alo cons an e. En el caso del ambien e más seco (Pl=-10MPa) se alcanza una p esión de -58MPa y la ayec o ia de la cu a de p esiones es más exage ada que pa a el caso más mojado que iende a un alo de -27MPa. Como se ha comen ado en el análisis del caso base, es e aumen o de la p esión se debe al secado del ma e ial ce cano al canis e . Po el con a io, en los pun os más alejados del calen ado , en los dos casos conside ados la p esión iende a subi en los momen os iniciales, debido a un humedecimien o de la zona, luego desciende y se man iene cons an e al ededo de -12Mpa pa a el caso más seco y -10MPa pa a el más húmedo, e Figu a 8.26. E olución de la p esión de líquido -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] P esión de líquido [MPa] Relleno zona supe io canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno zona supe io canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Figu a 8.26 E olución de la p esión de líquido en a ios pun os del elleno pa a las dos simulaciones en ambien e húmedo pasados 3.500 días. En la Figu a 8.26 se e lejan los esul ados de las g á icas de e olución de la p esión de agua. En el caso más seco, las succiones más g andes se concen an ce ca del calen ado , mien as que las más pequeñas se concen an en el echo de la gale ía. El elleno p esen a un ango muy amplio de p esiones, desde 0 a -100MPa. En cambio, pa a el caso más húmedo, en la p ác ica o alidad del elleno p esen a una p esión muy pa ecida, muy ce cana a los -10MPa que nos indicaba la g á ica excep o en la zona del canis e , que se concen an las mayo es succiones. 63 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO Figu a 8.27 Dis ibución de p esiones de agua pa a el caso en que Pl=-10MPa MPa y Pl=-1MPa pasados 3.500 días de simulación. En lo que se e ie e al g ado de sa u ación, pa a el caso más húmedo, en el la e al del canis e iende a aumen a muy ápidamen e, cosa que no pasa en el caso más seco, que aumen a lige amen e al p incipio pe o luego se es abiliza en o no a un alo cons an e, e Figu a 8.28. A los 3.500 días en el mismo pun o (la e al del canis e ) el g ado de sa u ación es de 0,06 (si Pl=-1MPa), en el caso de Pl=-1Mpa el g ado de sa u ación ale 0,001. La Figu a 8.29 ep esen a la dis ibución de los alo es del g ado de sa u ación en el elleno pasados 3.500 días, pa a el caso en que PI=-10MPa y Pl=-1MPa, los dos con la misma escala. Pa a el caso más húmedo se alcanzan g ados de sa u ación p óximos a 0,5 (los pun os ojos si uados en la base de la gale ía) que co esponden a zonas del macizo ocoso en con ac o con el pe íme o de la gale ía, es o se debe a que el apo de agua se condensa en la zona de ansición de ma e iales. En la Figu a 8.29, el caso más seco (Pl=-10MPa), se indica que el g ado de sa u ación es mucho meno que en el caso más húmedo (p ác icamen e odo el elleno es de colo azul) y que la zona de máximos se si úa en la pa e supe io de la gale ía. 64 8. ANÁLISIS EN AMBIENTE HÚMEDO E olución del g ado de sa u ación 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tiempo [Días] G ado de Sa u ación Relleno la e al canis e , P=140 W/m, Pl=-10MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-10MPa Relleno la e al canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Relleno ce ca canis e , P=140W/m, Pl=-1MPa Figu a 8.28 E olución del g ado de sa u ación en a ios pun os del elleno pa a las dos simulaciones en ambien e húmedo pasados 3.500 días. Figu a 8.29 Dis ibución del g ado de sa u ación pa a el caso en que Pl=-1 MPa y Pl=-10MPa pasados 3.500 días de simulación.