Este post incluye el análisis estructural realizado por el método de los elementos finitos que he introducido en el anterior post y en el que contemplaré las 3 fases del mismo: PREPROCESO, PROCESO Y POSTPROCESO.
PREPROCESO
Esta fase está formada por el establecimiento del modelo, en el que construiremos la “geometría” del problema, creando líneas, áreas o volúmenes a partir de la información gráfica disponible, con la ayuda de un programa de diseño asistido por ordenador (CAD).
A continuación vemos el modelo de la parte estructural a analizar introducida en el programa de análisis mediante elementos finitos.
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Podemos apreciar la diferencia entre los dos materiales, por un lado la sillería de la estructura original y por otro el hormigón que conforma el “zunchado” posterior.
Sobre este modelo crearemos la malla de elementos finitos, interesándonos efectuar un mallado más minucioso, con elementos de menor tamaño en aquellos puntos donde se preve que tendremos problemas, concentración de tensiones o simplemente mayor compromiso estructural.
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PROCESO
En esta fase del análisis introduciremos las cargas o acciones que actúan en nuestra estructura. Ha llegado el momento de dividir el trabajo, ya que lógicamente no consideraremos las mismas cargas para analizar el efecto producido por las cargas verticales en cubierta, que para evaluar el efecto producido por un incremento de las cargas de viento. Mientras que la carga del peso propio, está presente y es común en ambos casos.
CARGAS EN CUBIERTA
En este caso, se considera la actuación de cargas verticales regularmente distribuidas en cubierta.
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CARGAS DE VIENTO
En este caso, como hemos venido explicando, estudiaremos el efecto que produce un incremento de la presión en un faldón y succión en el opuesto, producidas por el viento.
Observamos en la imagen la presión en el faldón sur de la cubierta (rojo), y la succión en el faldón norte (azul).
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POSTPROCESO
En esta tercera y última fase del análisis, una vez conocidos todos los condicionantes, geometría, materiales, acciones… obtendremos los resultados. Dichos resultados serán mostrados en imágenes y necesariamente volveremos a dividir nuestro análisis en las dos partes ya conocidas.
A la hora de evaluar los resultados, dado que podemos obtener numerosos gráficos, nos centraremos en el de la deformación por ser el que más claramente muestra el comportamiento de la estructura.
Antes de proceder a analizar las hipótesis citadas veremos los gráficos de deformación y de primera tensión principal, de la estructura sometida únicamente a peso propio.
El gráfico de primera tensión principal proporciona el valor de la tensión que es normal al plano en el que la tensión de corte es cero. La primera tensión principal ayuda a comprender la tensión de elasticidad máxima inducida en la pieza por las condiciones de carga.
PESO PROPIO
Vista isométrica del gráfico de deformaciones
Gráfico de deformaciones en el pórtico transversal
Isometría de la primera tensión principal
Primera tensión principal en pórtico transversal
La máxima deformación de la estructura, sometida únicamente a peso propio no llega al milímetro. Apreciamos claramente que la zona más sensible a la deformación es la más cercana al presbiterio, donde se forma la cubierta a cuatro aguas, elevada sobre la de dos, que podemos ver en la siguiente imagen.
Por otra parte, en el pórtico transversal como es lógico, debido a los empujes de los arcos, apreciamos como las pilas adquieren un desplome hacia los arcos menores, dado que el empuje ocasionado por el gran arco central es mayor. Este desplome es claramente visible en el templo y éste es su origen.
Aparecen concentraciones de tensiones en las zonas de las claves de los arcos apuntados, estas tensiones, si toman un valor lo suficientemente importante, son las que producen el fallo o colapso de los arcos apuntados.
Por último, observamos que existen concentraciones tanto en la pila, como en el tímpano que se sitúan bajo la cubierta de cuatro aguas, zona donde hemos dicho que se producía mayor deformación vertical.
INCREMENTO DE CARGAS VERTICALES EN CUBIERTA
Las siguientes imágenes muestran la deformación ocasionada en la estructura, sometida a unas cargas verticales, distribuidas de la manera ya descrita, de valor del orden de 1000KN.
INCREMENTO DE LAS CARGAS DE VIENTO
Deformaciones producidas por un incremento de las cargas de viento
Observamos que la deformación de la estructura cambia con respecto a la hipótesis anterior, de hecho como es lógico,ésta se aprecia principalmente en los pórticos transversales, que es en los que actúa la presión/succión, produciendo el desplazamiento de éstos hacia la zona norte ya que se considera que el viento ejerce la presión/succión hacia esa zona.
El valor de la presión y de la succión considerados es del orden de los 100 KN/m², produciendo deformaciones máximas en torno a los 7mm.
Cabe resaltar que en este caso, al prevalecer la acción impuesta sobre la del peso propio, las tensiones producidas cambian sustancialmente y aparecen puntos de concentración en los pórticos longitudinales, allí donde acometen los transversales. En estos últimos las mayores tensiones aparecen en la zona de los soportes cercana a los apoyos, que hemos considerado empotrados. Siendo el lado sur zona de tracciones debido al desplazamiento hacia el norte de la estructura.
