Abstract
El papel esencial de los rellenos en el comportamiento y la estabilidad de las construcciones de
fábrica ha sido sorprendentemente ignorado en la bibliografía técnica, contribuyendo este
trabajo a cubrir esta laguna del conocimiento.
Se presenta en primer lugar la configuración morfológica de los rellenos del trasdós de
bóvedas en la Península Ibérica en tres periodos histórico-técnicos: la construcción romana, la
románica y la gótica. La clasificación se ha realizado en base a inspecciones visuales de
diferentes edificios. En sendos anexos se presentan análisis comparados de la base de datos
que se ha reunido y las fichas de las construcciones consideradas.
En segundo lugar se ha caracterizado el papel estructural de los rellenos, identificándose las
características intrínsecas que se estiman más significativas de dichos rellenos en relación
tanto con su propia configuración como con su función estructural. Muy en particular se
proponen unas leyes de empujes coherentes con la naturaleza y con las condiciones de
contorno de los rellenos y las bóvedas.
En esta tesis se ha desarrollado una sencilla, potente y suficiente herramienta de análisis que
considera las principales variables que intervienen en el comportamiento de una estructura de
fábrica, incluyendo muy particularmente los rellenos. Para ello se ha planteado una
herramienta basada en el análisis límite que incluye la comprobación tensional de los
diferentes esfuerzos, normales o tangenciales, así como la interfaz entre bóvedas y rellenos,
dotándose a los técnicos de una herramienta que permite entender estas estructuras, de
complejo funcionamiento. La herramienta propuesta incluye consideraciones energéticas para
encontrar la solución más cercana al funcionamiento real.
La herramienta se ha calibrado con ejemplos analizados por otros autores con diferentes
procedimientos, poniéndose de manifiesto su suficiente precisión y eficacia, especialmente si
se tiene en cuenta que requiere sólo de unos datos mínimos. La calibración se ha extendido al
ensayo en modelo reducido de este tipo de estructuras en el Laboratorio de Estructuras de la
Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid.
Fruto de esa calibración, se ha realizado un amplio estudio paramétrico que permite
cuantificar la influencia que tienen en el comportamiento estructural variables como el
apuntamiento de las bóvedas (relación luz/flecha), su esbeltez (relación luz/canto en clave), la
altura de los rellenos rígidos, la altura de los rellenos granulares, etc. Ese estudio ha permitido
identificar los puntos críticos, las ratios características que condicionan el comportamiento y,
en fin, los aspectos clave del análisis estructural de estas construcciones desde el punto de
vista de la interrelación, hasta ahora desconocida, de estructura y relleno, que también es
estructura. Ello permitirá orientar de mejor manera las inspecciones de estas estructuras y sus
análisis estructurales.
Finalmente, la tesis concluye con el desarrollo de tres ejemplos, correspondientes cada uno de
ellos a los periodos históricos referidos, en los que se pone de manifiesto el papel crucial de los
rellenos en la estabilidad no sólo de las bóvedas sino del resto de elementos estructurales que
componen un edificio (pilares, muros, botareles, etc.).
Al final se presentan las conclusiones del trabajo y se enumeran las muchas líneas de trabajo
que quedan abiertas tras esta tesis. It is surprising that the essential role of the backfill at the extrados of masonry vaults and
domes has been ignored or misunderstood in the technical literature. The main purpose of this
work is to contribute to overcome such a lacuna.
Firstly, the morphological configuration of backfill that can be found in the Iberian Peninsula in
Roman, Romanesque and Gothic buildings is also presented. Two annexes are devoted to show
the collected database and the result of its analysis.
Then, the structural role of backfill is characterised, as well as the intrinsic and most significant
properties related both to its configuration and structural function. Thus, specific thrust values
are proposed to analyse such structures, taking into account the nature and boundary
conditions of walls and vaults.
The simple, powerful and sufficient tool of analysis that has been developed is also presented,
including the main variables involved, especially the backfill. The limit analysis method,
followed by a stress verification, including the extrados of vaults and backfill interface, and an
enhanced algorithm based on energetic considerations, are used to provide technicians a tool
to understand this type of structures efficiently, in a balanced situation between the rather
scarce amount of information and sufficient accuracy and liability.
The tool was calibrated by comparing the experimental and theoretical results provided by
different authors regarding several examples, as well as our own experimental campaign
carried out at the Civil Engineering School of Madrid.
A parametric study is also developed, providing original information about the structural
importance of several parameters, as the span-to-depth or span-to-rise ratios, relative height
of backfill, etc. As a result of this analysis, critical points and tendencies of structural behaviour
were detected, helping technicians to inspect and analyse these constructions, also revealing
some particularities related to their construction.
Furthermore, a set of three examples corresponding to the three structural typologies
analysed (Roman, Romanesque and Gothic) is studied. The crucial importance of backfill is
then highlighted, not only for the stability of vaults or domes, but also for the equilibrium of
walls, pillars and buttresses.
Finally, the conclusions of the study and the future research fields are also presented.
