ANÁLISIS ESTRUCTURAL (MEF) (INTRODUCCIÓN)

Hoy os muestro la introducción a un análisis estructural realizado por mí mediante el método de los elementos finitos.

Cabe mencionar que parte de la documentación escrita acerca de la iglesia ha sido extraída del tomo "Comarca de Betanzos II Aranga, Cesuras, Coirós, Curtis, Oza dos Rios e Vilasantar" de la colección "Arquitecturas da provincia de A Coruña", publicada por la diputación provincial de A Coruña en 1997, contando con los directores Fernández Fernández, Xosé y Soraluce Blond, J. Ramón. 

Así como que los supuestos analizados en este caso práctico son inventados y por lo tanto, cualquier parecido con la realidad es pura coincidencia.

El edificio a analizar es la iglesia parroquial de San Nicolás de Cines. Este templo gótico fue construido en el siglo XIV, sobre un antiguo templo mozárabe, antigua iglesia del monasterio de San Salvador de Cis, del que se conservan un capitel de mármol y un modillón. 

Como la iglesia monacal, en su exterior tiene tres portadas. La principal está presidida por un rosetón y una puerta que tiene portada abocinada con pares de columnas, sobre las que descansan arquivoltas apuntadas, que enmarcan el tímpano en el que aparece la figura de San Salvador mostrando las llagas, así como las imágenes de San Benito y San Bernardo. En la fachada norte hay otra portada similar, también con dos pares de columnas para las correspondientes arquivoltas y tímpano en el que se representa una escena de adoración a los Reyes Magos. En el muro oeste se abre también un rosetón, que coincide con el testero de la nave principal.

Las bóvedas que cubren las capillas absidales son nervadas, de las llamadas de abanico, abriéndose en los vanos ventanales apuntados. Los arcos de ingreso en las capillas con apuntados, arrancando de semicolumnas adosadas.

Las naves de la iglesia se cubren con techumbre de madera a dos vertientes, sostenida por arcos apuntados que arrancan de pilares de núcleo cuadrangular, con semicolumnas en los frentes y en los ángulos formando haces.





Junto a la iglesia se encuentra la Rectoral de Cines, relacionada también con el antiguo monasterio y hoy restaurada y rehabilitada como establecimiento de turismo rural.

Como suele ser habitual en edificios de esta edad y construidos con fin religioso, la estructura es de fábrica, en concreto de fábrica de sillares de granito silvestre moreno.


Para llevar a cabo el análisis no se han realizado ensayos que nos permitan determinar con certeza las características y resistencia reales de los materiales, si no que nos basaremos en datos genéricos de cada material.

De esta manera no es tan importante el número exacto, si no el orden de la magnitud y el comportamiento mecánico de la estructura. Por ello y debido a que se debe utilizar un método que contemple la teoría de la elasticidad de sólidos deformables, utilizaremos el  Método de los Elementos Finitos (FEM, siglas en inglés).


Los programas de análisis por elementos finitos permiten obtener soluciones aproximadas de problemas que sean susceptibles de ser representados por un sistema de ecuaciones diferenciales. El término elemento finito resume el concepto básico del método, la transformación de un sistema físico, con un número infinito de incógnitas, a uno que tiene un número finito de incógnitas relacionadas entre sí por elementos de un tamaño finito. En concreto, consiste en la discretización de nuestra estructura en una malla de elementos finitos.

De esta manera,  conseguiremos analizar nuestra estructura obteniendo resultados aproximados del comportamiento mecánico de la misma. Entendiendo por estructura las pilastras como elementos verticales y los arcos apuntados como elementos de transmisión de esfuerzos en horizontal.


A pesar de no ser así, consideraremos que la fábrica con las piezas que la conforman, poros y juntas, es un material continuo y homogéneo que se comporta igual en todos los puntos. Esto es lo que se denomina macromodelización y nos basta para el alcance de este análisis.


PARTES A ANALIZAR


La iglesia, si nos olvidamos de la cabecera tripartita, está formada por una gran nave principal y una pequeña adosada en el lado del evangelio. La nave principal, como podemos ver en la planta de la derecha, está formada principalmente, por los muros perimetrales y 4 pórticos que se cruzan 2 a 2. Que serán objeto del análisis, ya que los principales problemas en este tipo de edificios surgen de los empujes horizontales de los arcos, difíciles de contrarrestar.




Es importante destacar que en una rehabilitación de la  cubierta, se ha hecho un recrecido superior de hormigón de unos 30cm de los pórticos a analizar, a modo de zuncho. La idea de este recrecido es que funcione cercando la estructura y ayudando a la trabazón entre piezas, evite que los pórticos se abran. Es complicado tener en cuenta este efecto de cercado en el análisis mediante MEF, pero de todas maneras, introduciremos este recrecido superior de hormigón, para obtener los resultados más reales posibles.

Mediante el análisis que realizaremos, descubriremos el efecto producido en nuestra estructura por el incremento de las cargas verticales en cubierta.

Así como el efecto producido en nuestra estructura por un incremento de las cargas de viento, provocando presión en un faldón y succión en el contrario. Como suele ser habitual en la provincia de A Coruña, consideraremos que el viento presiona los faldones de la zona sur, de los pórticos con dirección N-S, y succiona los faldones de la zona norte, de los mismos pórticos.

Para el desarrollo del análisis contemplaremos 3 fases, preproceso, proceso y postproceso, como suele ser habitual en la utilización de este tipo de métodos y que veremos en próximos posts.