Temperature effect on gypsum-bearing soil and supported (building) foundations: The case of the Central Storage Facility of Villar de Cañas, Spain

Abstract

Thermal load imposed on the ground by the foundations of some singular buildings may produce variations in geochemistry conditions. In soils containing soluble salts, such as gypsum, their dissolution/precipitation rates may be modified, triggering ground settlement as well as angular distortion of building foundations. This paper examines these processes for the case of the Central Storage Facility for high-level radioactive waste planned in Spain. This facility would impose a thermal load over a long period of time due to the disposal of spent nuclear fuel. A numerical model, including the equations for describing the dissolution/precipitation process, as well as the hydrogeological, thermal, chemical, and geomechanical changes in the ground caused by the construction and operation of the facilities, is proposed. The model focuses on the response of the building foundation under different hypothesis of thermal loading underneath the building. Comsol Multiphysics software was used for solving the resulting partial differential equations by the finite element method. This analysis concludes that moderate thermal loading of the ground would develop in the Case Study, with negligible mechanical effect on the foundation.

La carga térmica impuesta al suelo por los cimientos de algunos edificios singulares puede producir variaciones en las condiciones geoquímicas . En suelos que contienen sales solubles, como el yeso , sus tasas de disolución/precipitación pueden modificarse, provocando asentamientos del suelo y distorsión angular de los cimientos de los edificios. Este artículo examina estos procesos para el caso de la Instalación Central de Almacenamiento de residuos radiactivos de alta actividad.prevista en España. Esta instalación impondría una carga térmica durante un largo período de tiempo debido a la eliminación del combustible nuclear gastado. Se propone un modelo numérico que incluye las ecuaciones para describir el proceso de disolución/precipitación, así como los cambios hidrogeológicos, térmicos, químicos y geomecánicos en el suelo provocados por la construcción y operación de las instalaciones. El modelo se centra en la respuesta de los cimientos del edificio bajo diferentes hipótesis de carga térmica debajo del edificio. Se utilizó el software Comsol Multiphysics para resolver las ecuaciones diferenciales parciales resultantes mediante el método de elementos finitos. Este análisis concluye que se desarrollaría una carga térmica moderada del suelo en el caso de estudio, con un efecto mecánico insignificante en la cimentación.