Delgado Martín, Jordi

Juncosa, Ricardo

Montenegro, Luis

Samper, Javier

Vázquez, Ana

Repositorio da Universidade da Coruña

Cadernos Lab. Xeolóxico de LaxeCoruña. 2000. Vol. 25, pp. 239-242Procesos geoquímicos inducidos por el efecto combinado del calor y la hidratación de bentonitas compactadasGeochemical processes caused by the combined effect of heat and hydration incompacted bentonitesANA VÁZQUEZ, RICARDO JUNCOSA, JAVIER SAMPER, LUIS MONTENEGROY JORDI DELGADO.E.T.S. Ingenieros de Caminos, Universidade da Coruña, Campus de Elviña s/n, 15192 - A CoruñaINTRODUCCIÓNEntre los objetivos del proyectoFEBEX, Full-scale Engineered BarriersExperiments, (Huertas et al., 2000), seencuentra el estudio termo-hidro-geoquí-mico (THG) del campo próximo de unhipotético almacenamiento de residuosradiactivos de alta actividad (RAA) enrocas graníticas. En el mismo, la barrerade bentonitas juega un papel primordial.Este proyecto consta de varios experimen-tos: un ensayo denominado ‘in situ’ (cuyasdimensiones son similares a las de unaunidad de almacenamiento del hipotéticorepositorio); una maqueta (con dimensio-nes ligeramente menores a las del ‘insitu’), y diversos estudios de laboratoriodirigidos a complementar el conocimientosobre el comportamiento de la bentonitaobtenido con los dos ensayos de gran esca-la. Entre estos últimos se encuentra ladenominada ‘celda termohidráulica CT-23’, realizado por CIEMAT (Fernández etal., 1998) y cuya modelización es el objetode la presente comunicación.En esta celda, una masa de bentonitacompactada y no saturada fue confinada enun cilindro de acero. A través de uno de losextremos del cilindro se procedió a la hidra-tación forzada (1000 kPa) de la bentonitamientras por el contrario se impuso unatemperatura constante de 100 ºC. Comoresultado del gradiente térmico impuesto yel flujo de agua (inicialmente en desequili-brio químico con la bentonita) se desenca-denan una serie de reacciones químicas yfenómenos de transporte. Tras el experi-mento, una serie de secciones de la masa debentonita fueron analizadas, tanto las aguasintersticiales, como el complejo de cambiode la arcilla. Con estos datos se procedió a lamodelización del experimento. La simula-ción numérica de esta celda se ha llevado acabo con el código FADES-CORE(Juncosa, 1999, Samper et al., 1999)Modelo conceptualEl modelo THG aplicado a este experi-mento considera 10 componentes químicos(H2O, H+, Na+, K+, Ca+2, Mg+2, HCO3-, Cl-,SO42 -, y SiO2(aq).) y las correspondientes espe-cies acuosas, fases minerales (calcita, calce-donia y anhidrita) y gases. El modelo tieneen cuenta de forma simultánea los procesosde especiación acuosa, disolución/ precipita-ción de minerales, intercambio catiónico yequilibrio con gases. Entre los procesos deflujo considerados como relevantes en laarcilla compactada y no saturada se encuen-tran el flujo advectivo de agua líquida, flujoadvectivo y difusivo del vapor de agua; flujoadvectivo y difusivo de gases distintos alvapor de agua, el flujo advectivo de aire endisolución en el agua, así como los procesosde evaporación y condensación. Los procesosde transporte de solutos considerados son laadvección, difusión molecular y la disper-sión mecánica.Modelo numéricoEl modelo realizado es 1-D. La secuen-cia de acontecimientos simulada consta delas siguientes etapas. Una vez montada lacelda, se inicia su calentamiento por laparte superior hasta alcanzar una tempe-ratura de 100º C. Por el extremo inferiorse introduce agua a una presión de 1000KPa sin dejar salir gas. El gas se encuen-tra inicialmente a presión atmosférica y a240 Ana Vázquez, et al. CAD. LAB. XEOL. LAXE 25 (2000)XXas Jornadas S.E.M. Procesos geoquímicos inducidos 241una temperatura de 20º C. Por el extremoinferior se introduce agua destilada. Elcontorno superior es impermeable allíquido y al gas. El contorno inferior sesupone impermeable al gas. Las concen-traciones iniciales de los componentes hansido recalculados a partir de análisis sumi-nistrados por CIEMAT (Fernández et al.,1998). La calibración del modelo termo-hidráulico se ha realizado mediante ajus-tes de la permeabilidad intrínseca dellíquido y el gas, a partir del volumen totalde agua que ha entrado (486 cm3) y elcontenido de humedad una vez acabado elexperimento. El contenido gravimétricoinicial de agua es de 11.23%.ResultadosLas figuras 1 (A,B,C,D) muestran laevolución espacial del Cl-, Ca+2, HCO3- ypH en las distintas secciones de la celdaanalizadas. La entrada de agua por la parteinferior de la celda (a la izquierda en lasfiguras) produce la dilución de los conteni-dos iniciales de Cl-, Ca+2 y HCO3-. La con-centración de estas especies al principio delexperimento aumentan cerca del calenta-dor (a la derecha en las figuras) dado que elagua intersticial de la bentonita se evaporaahí. Con la llegada del frente de hidrata-ción a esa zona, las elevadas concentracio-nes alcanzadas disminuyen ostensiblemen-te. El HCO3- (figura C), tras la disminuciónen su concentración inicial debido a laentrada de agua, aumenta después hastaalcanzar un máximo, determinado por lasolubilidad de la calcita y el equilibriosimultáneo con el complejo de cambio dela bentonita. Ello también tiene su efectosobre el perfil final de pH (figura D).Figura 1 (A,B,C,D)- Distribución espacial para las especies Cl-, Ca+2, HCO3- y pH respectivamenteLos resultados de la modelizaciónreproducen satisfactoriamente las tenden-cias observadas en los datos experimenta-les. Una explicación más detallada de losresultados obtenidos se encuentra enSamper et al. (1999).AgradecimientosEste trabajo ha sido financiado con fon-dos de la Unión Europea (FI4W-CT95-0006) y a través de un convenio marcoentre ENRESA y la Universidade daCoruña (Proyecto FEBEX, código703231).BIBLIOGRAFÍAFERNÁNDEZ ET AL. (1998) Estudio del aguaintersticial de la arcilla FEBEX. Informe TécnicoFEBEX. 70-IMA-L-0-44. HUERTAS ET AL. (2000) Full-scale engineeredbarriers experiment for a deep geological repository forhigh-level radioactive waste in crystalline host rock(FEBEX Project). EUR 19147EN.JUNCOSA, R. (1999) Modelos de flujo multifásico noisotermo y de transporte reactivo multicomponente enmedios porosos. Tesis doctoral. Universidad de LaCoruña. 344 pp.SAMPER ET AL. (1999) Modelización THG delProyecto FEBEX. Informe final de proyectoFEBEX. 70-ULC-M-5-001. ETSICCP. UDC.242 Ana Vázquez, et al. CAD. LAB. XEOL. LAXE 25 (2000)

Geochemical processes caused by the combined effect of heat and hydration in compacted bentonites

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