Una cúpula geodésica es una estructura hemisférica de capa delgada (lattice-shell) basada en un poliedro geodésico . Los elementos triangulares rígidos de la cúpula distribuyen la tensión por toda la estructura, lo que hace que las cúpulas geodésicas puedan soportar cargas muy pesadas para su tamaño.
La primera cúpula geodésica fue diseñada después de la Primera Guerra Mundial por Walther Bauersfeld , [1] ingeniero jefe de Carl Zeiss Jena , una empresa óptica, para un planetario que albergara su proyector de planetario. La primera pequeña cúpula fue patentada y construida por la empresa Dykerhoff y Wydmann en el tejado de la fábrica Carl Zeiss en Jena , Alemania . Una cúpula más grande, llamada "La Maravilla de Jena", se abrió al público en julio de 1926. [2]
Veinte años más tarde, Buckminster Fuller acuñó el término "geodésico" a partir de experimentos de campo con el artista Kenneth Snelson en el Black Mountain College en 1948 y 1949. Aunque Fuller no fue el inventor original, se le atribuye la popularización en Estados Unidos de la idea por la que recibió Patente estadounidense 2682235A del 29 de junio de 1954. [3] La cúpula más antigua construida por el propio Fuller se encuentra en Woods Hole, Massachusetts , y fue construida por estudiantes bajo su tutela durante tres semanas en 1953. [4]
La cúpula geodésica atrajo a Fuller porque era extremadamente fuerte para su peso, su superficie "omnitriangulada" proporcionaba una estructura inherentemente estable y porque una esfera encierra el mayor volumen en la menor superficie.
La cúpula se adoptó con éxito para usos especializados, como las 21 cúpulas de la Línea de alerta temprana distante construidas en Canadá en 1956, [5] la cúpula de 1958 de Union Tank Car Company cerca de Baton Rouge, Luisiana , diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. y edificios especiales como las cúpulas de aluminio Kaiser (construidas en numerosos lugares de los EE. UU., por ejemplo, Virginia Beach, Virginia ), auditorios, observatorios meteorológicos e instalaciones de almacenamiento. La cúpula pronto batió récords de superficie cubierta, volumen cerrado y velocidad de construcción.
A partir de 1954, los marines estadounidenses experimentaron con cúpulas geodésicas transportables desde helicópteros . Una cúpula geodésica de madera y plástico de 30 pies fue levantada y transportada en helicóptero a 50 nudos sin sufrir daños, lo que llevó a la fabricación de una cúpula de magnesio estándar por parte de Magnesium Products de Milwaukee. Las pruebas incluyeron prácticas de montaje en las que marines sin formación previa pudieron montar una cúpula de magnesio de 30 pies en 135 minutos, despegues de helicópteros desde portaaviones y una prueba de durabilidad en la que una cúpula anclada resistió con éxito y sin sufrir daños, un día de 120 mph ( 190 km/h) de los motores gemelos de 3.000 caballos de fuerza de un avión anclado. [6]
El Gold Dome de 1958 en Oklahoma City, Oklahoma, utilizó el diseño de Fuller para su uso como edificio bancario. Otro ejemplo temprano fue el Centro Stepan de la Universidad de Notre Dame , construido en 1962. [7]
La cúpula se presentó a una audiencia más amplia como pabellón para la Feria Mundial de 1964 en la ciudad de Nueva York, diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. Esta cúpula ahora se utiliza como aviario en el Zoológico de Queens en Flushing Meadows Corona Park después de su fue rediseñado por TC Howard de Synergetics, Inc.
Otra cúpula es de la Expo 67 de la Exposición Universal de Montreal , donde formaba parte del Pabellón Americano. La cubierta de la estructura se quemó más tarde, pero la estructura en sí sigue en pie y, bajo el nombre de Biosphère , actualmente alberga un museo interpretativo sobre el río San Lorenzo .
En la década de 1970, Zomeworks autorizó planos para estructuras basadas en otros sólidos geométricos, como los sólidos de Johnson , los sólidos de Arquímedes y los sólidos catalanes . [8] Estas estructuras pueden tener algunas caras que no son triangulares, siendo cuadrados u otros polígonos.
En 1975 se construyó una cúpula en el Polo Sur , donde era importante su resistencia a las cargas de nieve y viento.
El 1 de octubre de 1982, se inauguró una de las cúpulas geodésicas más famosas, Spaceship Earth en Epcot en Walt Disney World Resort en Bay Lake , Florida , en las afueras de Orlando . El edificio y el paseo en su interior llevan el nombre de uno de los famosos términos de Buckminster Fuller, Spaceship Earth , una visión del mundo que expresa preocupación por el uso de los recursos limitados disponibles en la Tierra y anima a todos los que están en ella a actuar como una tripulación armoniosa que trabaja por el bien mayor. bien. El edificio es el ícono de Epcot y representa todo el parque.
Para la Exposición Mundial de 1986 (Expo 86) , celebrada en Vancouver , el arquitecto jefe de la Expo , Bruno Freschi, diseñó una cúpula geodésica inspirada en Buckminster Fuller para que sirviera como Centro de Exposiciones de la feria. La construcción comenzó en 1984 y se completó a principios de 1985. La cúpula y el edificio ahora sirven como un centro de artes, ciencia y tecnología, y han sido nombrados Science World . [9]
En 2000, el primer hotel con cúpula geodésica totalmente sostenible del mundo, EcoCamp Patagonia, se construyó en el Parque Nacional Kawésqar en la Patagonia chilena , [10] inaugurado el año siguiente en 2001. El diseño de la cúpula del hotel es clave para resistir los fuertes vientos de la región y se basa en las viviendas del pueblo indígena Kaweskar . Los geodomos también se están volviendo populares como unidad de glamping (campamento glamoroso).
Las cúpulas de madera tienen un agujero perforado del ancho de un puntal . Una banda de acero inoxidable bloquea el orificio del puntal a un tubo de acero. Con este método, los puntales se pueden cortar a la longitud exacta necesaria. Luego se clavan triángulos de madera contrachapada exterior a los puntales. La cúpula se envuelve de abajo hacia arriba con varias capas grapadas de papel alquitranado , para que repele el agua, y se remata con tejas. Este tipo de domo a menudo se denomina domo de cubo y puntal debido al uso de cubos de acero para unir los puntales.
Las cúpulas con paneles están construidas con vigas con armazones separados y cubiertas con madera contrachapada. Los tres miembros que componen el marco triangular a menudo se cortan en ángulos compuestos para proporcionar un ajuste plano de los distintos triángulos. Se perforan agujeros a través de los miembros en ubicaciones precisas y luego pernos de acero conectan los triángulos para formar la cúpula. Estos miembros suelen ser de 2x4 o 2x6, lo que permite que quepa más aislamiento dentro del triángulo. La técnica de los paneles permite al constructor fijar la piel de madera contrachapada a los triángulos mientras trabaja de forma segura en el suelo o en un taller cómodo y protegido de la intemperie. Este método no requiere costosos cubos de acero.
La estructura de acero se puede construir fácilmente a partir de conductos eléctricos. Se aplana el extremo de un puntal y se perforan orificios para pernos a la longitud necesaria. Un solo perno asegura un vértice de puntales. Las tuercas generalmente se fijan con un compuesto de bloqueo removible o, si el domo es portátil, tienen una tuerca almenada con un pasador . Esta es la forma estándar de construir domos para trepadores .
Los domos también se pueden construir con una estructura de aluminio liviana que se puede atornillar o soldar entre sí o se puede conectar con una conexión de punto nodal/hub más flexible. Estas cúpulas suelen estar revestidas con vidrio que se mantiene en su lugar con una cofia de PVC , que se puede sellar con silicona para hacerla hermética. Algunos diseños permiten la instalación de doble acristalamiento o la fijación de paneles aislantes en la estructura.
Los domos de hormigón y espuma plástica generalmente comienzan con un domo de estructura de acero, envuelto con alambre de gallinero y una pantalla de alambre como refuerzo. La malla para gallinero y la pantalla están atadas al marco con bridas de alambre. Luego se rocía o moldea una capa de material sobre el marco. Se deben realizar pruebas con cuadrados pequeños para lograr la consistencia correcta del concreto o plástico. Generalmente son necesarias varias manos por dentro y por fuera. El último paso es saturar los domos de hormigón o poliéster con una fina capa de compuesto epoxi para eliminar el agua.
Algunas cúpulas de hormigón se han construido a partir de paneles de hormigón prefabricados, pretensados y reforzados con acero que se pueden atornillar en su lugar. Los pernos se encuentran dentro de receptáculos elevados cubiertos con pequeñas tapas de hormigón para proteger el agua. Los triángulos se superponen para arrojar agua. Los triángulos de este método se pueden moldear en formas estampadas en arena con patrones de madera, pero los triángulos de hormigón suelen ser tan pesados que deben colocarse con una grúa. Esta construcción es muy adecuada para domos porque ningún lugar permite que el agua se acumule en el concreto y se filtre. Los sujetadores metálicos, las juntas y los marcos internos de acero permanecen secos, evitando daños por heladas y corrosión. El hormigón resiste el sol y la intemperie. Se debe colocar algún tipo de tapajuntas interno o calafateo sobre las juntas para evitar corrientes de aire. El Cinerama Dome de 1963 se construyó a partir de hexágonos y pentágonos prefabricados de hormigón .
Los domos ahora se pueden imprimir a altas velocidades utilizando "impresoras 3D" móviles de gran tamaño, también conocidas como máquinas de fabricación aditiva. El material utilizado como filamento suele ser una forma de hormigón inyectado con aire o espuma plástica de células cerradas.
Dada la complicada geometría de la cúpula geodésica, los constructores de cúpulas se basan en tablas de longitudes de puntales o "factores de cuerda". En Geodesic Math and How to Use It , Hugh Kenner escribió: "Las tablas de factores de cuerdas, que contienen la información de diseño esencial para sistemas esféricos, fueron guardadas durante muchos años como secretos militares. Todavía en 1966, unas figuras de 3 ν icosa de Popular Science Monthly eran todo lo que cualquiera fuera del círculo de licenciatarios de Fuller tenía que seguir". (página 57, edición de 1976). Otras tablas estuvieron disponibles con la publicación de Domebook 1 (1970) y Domebook 2 (1971) de Lloyd Kahn.
Fuller esperaba que la cúpula geodésica ayudara a abordar la crisis inmobiliaria de la posguerra. Esto era consistente con sus esperanzas anteriores para ambas versiones de la Casa Dymaxion .
Las cúpulas geodésicas residenciales han tenido menos éxito que las utilizadas para trabajar y/o entretenerse, en gran parte debido a su complejidad y los consiguientes mayores costos de construcción. Los contratistas de domos profesionales con experiencia, si bien son difíciles de encontrar, existen y pueden eliminar gran parte de los sobrecostos asociados con inicios en falso y estimaciones incorrectas. El propio Fuller vivía en una cúpula geodésica en Carbondale, Illinois , en la esquina de Forest Ave y Cherry St. [11] Fuller pensaba en las cúpulas residenciales como productos transportables por aire fabricados por una industria similar a la aeroespacial. La propia casa con cúpula de Fuller todavía existe, R. Buckminster Fuller y Anne Hewlett Dome Home , y un grupo llamado RBF Dome NFP está intentando restaurar la cúpula y registrarla como Monumento Histórico Nacional . Está en el Registro Nacional de Lugares Históricos .
En 1986, se otorgó a American Ingenuity de Rockledge, Florida, una patente para una técnica de construcción de cúpula que implicaba triángulos de poliestireno laminados sobre hormigón armado en el exterior y paneles de yeso en el interior. La técnica de construcción permite que las cúpulas sean prefabricadas en forma de kit y erigidas por el propietario. Este método convierte las uniones en la parte más fuerte de la estructura, mientras que las uniones y especialmente los centros en la mayoría de los domos con estructura de madera son el punto más débil de la estructura. También tiene la ventaja de ser estanco.
Se han construido otros ejemplos en Europa. En 2012, se utilizó una cúpula de aluminio y vidrio como cubierta para una casa ecológica en Noruega [12] y en 2013 se construyó una casa con cúpula revestida de vidrio y madera en Austria. [13]
En Chile, se están adoptando fácilmente ejemplos de domos geodésicos para alojamiento en hoteles, ya sea como domos geodésicos estilo tienda de campaña o domos cubiertos de vidrio. Ejemplos: EcoCamp Patagonia, Chile; [14] y Elqui Domos, Chile. [15]
Aunque las casas domo gozaron de una gran popularidad a finales de los años 1960 y principios de los 1970, como sistema de vivienda, el domo tiene muchas desventajas y problemas. Un antiguo defensor de las casas domo, Lloyd Kahn , que escribió dos libros sobre ellas ( Domebook 1 y Domebook 2 ) y fundó Shelter Publications, se desilusionó con ellas, calificándolas de "inteligentes pero no sabias". Observó las siguientes desventajas, que ha enumerado en el sitio web de su empresa: Los materiales de construcción disponibles en el mercado (p. ej., madera contrachapada, tableros de virutas) normalmente vienen en formas rectangulares, por lo que es posible que sea necesario desechar parte del material después de cortar rectángulos en triángulos. , aumentando el costo de la construcción. Las escaleras de incendios son problemáticas; los códigos los exigen para estructuras más grandes y son costosos. Las ventanas que cumplen con el código pueden costar entre cinco y quince veces más que las ventanas de las casas convencionales. El cableado eléctrico profesional cuesta más debido al mayor tiempo de mano de obra. Incluso las situaciones en las que el propietario tiene cableado son costosas, porque se requiere más cantidad de ciertos materiales para la construcción del domo. La expansión y la partición también son difíciles. Kahn señala que las cúpulas son difíciles, si no imposibles, de construir con materiales naturales, requiriendo generalmente plásticos, etc., que son contaminantes y se deterioran con la luz solar.
La estratificación del aire y la distribución de la humedad dentro de una cúpula son inusuales. Las condiciones tienden a degradar rápidamente los marcos de madera o los paneles interiores.
La privacidad es difícil de garantizar porque es difícil dividir satisfactoriamente un domo. Los sonidos, los olores e incluso la luz reflejada tienden a transmitirse a través de toda la estructura.
Como ocurre con cualquier forma curva, la cúpula produce áreas en las paredes que pueden ser difíciles de usar y deja algunas áreas periféricas del piso con uso restringido debido a la falta de espacio libre. Las formas circulares carecen de la modularidad simple que proporcionan los rectángulos. Los muebles y los instaladores diseñan pensando en las superficies planas. Colocar un sofá estándar contra una pared exterior (por ejemplo) da como resultado que se desperdicie una media luna detrás del sofá.
A los constructores de domos que utilizan material de revestimiento de tablas cortadas (común en las décadas de 1960 y 1970) les resulta difícil sellar los domos contra la lluvia debido a sus numerosas uniones. Además, estas uniones pueden estar estresadas porque el calor solar ordinario flexiona toda la estructura cada día a medida que el sol se mueve por el cielo. La posterior adición de correas y acabados interiores de paneles de yeso flexibles prácticamente eliminó este movimiento que se nota en los acabados interiores.
El método de impermeabilización más eficaz con un domo de madera es colocar tejas en el domo. Se utilizan tapas con visera en la parte superior de la cúpula, o para modificar las formas de la cúpula, cuando la pendiente es insuficiente para la barrera de hielo. También se utilizan cúpulas de plástico o de hormigón armado de una sola pieza , y algunas cúpulas se han construido a partir de triángulos de plástico o cartón encerado que se superponen de tal manera que arrojan agua.
El ex alumno de Buckminster Fuller, J. Baldwin, insistió en que no existe ninguna razón para que una cúpula bien construida y diseñada adecuadamente tenga fugas, y que algunos diseños "no pueden" tener fugas. [dieciséis]
La construcción de estructuras muy fuertes y estables a partir de patrones de triángulos de refuerzo se ve más comúnmente en el diseño de tiendas de campaña . Se ha aplicado en abstracto en otros diseños industriales , pero incluso en la ciencia de la gestión y las estructuras deliberativas como metáfora conceptual , especialmente en el trabajo de Stafford Beer , cuyo método de "transmigración" se basa tan específicamente en el diseño de cúpulas que sólo un número fijo de las personas pueden participar en el proceso en cada etapa de deliberación .
Según Guinness World Records, al 30 de mayo de 2021, [17] el Jeddah Super Dome , Jeddah , Arabia Saudita ( 21°44′59″N 39°09′06″E / 21.7496403°N 39.1516230°E / 21.7496403; 39.1516230 ), 210 m (690 pies) es la cúpula geodésica más grande actual.
Según el Instituto Buckminster Fuller en 2010, [18] las 10 cúpulas geodésicas más grandes del mundo por diámetro en ese momento eran:
La lista del Instituto Fuller ya tiene fecha. Varias cúpulas importantes que se perdieron o se construyeron posteriormente se encuentran ahora entre las 10 primeras. Actualmente, muchas cúpulas geodésicas tienen más de 113 metros (371 pies) de diámetro. [21]
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