Cúpula geodésica

Una cúpula geodésica es una estructura semiesférica de capa delgada (celosía) basada en un poliedro geodésico. Los elementos triangulares de la cúpula son estructuralmente rígidos y distribuyen la tensión estructural en toda la estructura, haciendo que las cúpulas geodésicas sean capaces de soportar cargas muy pesadas para su tamaño.

Historia
La primera cúpula que podría llamarse «geodésica» en todos los aspectos fue diseñada después de la Primera Guerra Mundial por Walther Bauersfeld, ingeniero jefe de la compañía óptica Carl Zeiss, para un planetario que alberga su proyector de planetario. Una primera, pequeña cúpula fue patentada, construida por la firma de Dykerhoff y Wydmann en el techo de la planta de Zeiss en Jena, Alemania. Una cúpula más grande, llamada «La maravilla de Jena», se abrió al público en julio de 1926. Unos 20 años después, R. Buckminster Fuller nombró la cúpula «geodésica» de los experimentos de campo con el artista Kenneth Snelson en Black Mountain College en 1948 y 1949 A pesar de que Fuller no fue el inventor original, se le atribuye la popularización estadounidense de la idea por la cual recibió la patente estadounidense 2.682.235 el 29 de junio de 1954.

La cúpula geodésica atrajo a Fuller porque era extremadamente resistente por su peso, su superficie «omnitriangulada» proporcionaba una estructura inherentemente estable y porque una esfera encierra el mayor volumen para la menor área de superficie.

La cúpula fue adoptada con éxito para usos especializados, como las 21 cúpulas de la línea de alerta temprana distante construidas en Canadá en 1956, la cúpula Union Tank Car Company de 1958 cerca de Baton Rouge, Louisiana, diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. y especialidad edificios tales como las cúpulas de Kaiser Aluminium (construidas en numerosos lugares en los EE. UU., por ejemplo, Virginia Beach, Virginia), auditorios, observatorios meteorológicos e instalaciones de almacenamiento. La cúpula pronto rompió récords de superficie cubierta, volumen cerrado y velocidad de construcción.

A partir de 1954, los Marines de EE. UU. Experimentaron con domos geodésicos que se podían entregar en helicópteros. Una cúpula geodésica de madera y plástico de 30 pies fue levantada y transportada en helicóptero a 50 nudos sin daños, lo que llevó a la fabricación de una cúpula de magnesio estándar por Magnesium Products of Milwaukee. Las pruebas incluyeron prácticas de ensamblaje en las que marinos previamente desentrenados pudieron montar una cúpula de magnesio de 30 pies en 135 minutos, helicópteros levantan los portaaviones y una prueba de durabilidad en la que una cúpula anclada resistió con éxito un día de 120 mph (190 km / h) explosión de la hélice de los motores gemelos de 3,000 caballos de fuerza de un avión anclado sin daño.

La cúpula fue presentada a un público más amplio como un pabellón para la Feria Mundial de 1964 en la ciudad de Nueva York diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. Esta cúpula ahora es utilizada como aviario por el Zoológico de Queens en el Parque Flushing Meadows Corona después fue rediseñado por TC Howard de Synergetics, Inc.

Otra cúpula es de la Expo 67 en la Feria Mundial de Montreal, donde fue 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 planes para estructuras basadas en otros sólidos geométricos, como los sólidos de Johnson, los sólidos de Arquímedes y los sólidos catalanes. Estas estructuras pueden tener algunas caras que no son triangulares, que son cuadrados u otros polígonos.

En 1975, se construyó una cúpula en el Polo Sur, donde su resistencia a la nieve y al viento es importante.

El 1 de octubre de 1982, se inauguró una de las cúpulas geodésicas más famosas, la Nave Espacial Tierra en el Centro EPCOT en Walt Disney World (Bay Lake, Florida). El edificio y el paseo dentro de él se nombran con uno de los términos famosos de Buckminster Fuller, Spaceship Earth, una visión mundial que expresa preocupación por el uso de recursos limitados disponibles en la Tierra y anima a todos a actuar como un equipo armonioso que trabaja hacia el mayor bueno. El edificio es el ícono de Epcot y también está incluido en el logotipo del parque.

En 2000, el primer hotel de cúpula geodésica totalmente sostenible del mundo, EcoCamp Patagonia, se construyó en la Patagonia chilena y se inauguró al año siguiente en 2001. El diseño del domo del hotel es clave para resistir los fuertes vientos de la región y se basa en las viviendas de los indígenas Kaweskar .

Métodos de construcción
Las cúpulas de madera tienen un agujero perforado en el ancho de un puntal. Una banda de acero inoxidable bloquea el agujero del puntal a una tubería de acero. Con este método, los puntales se pueden cortar a la longitud exacta necesaria. Triángulos de contrachapado exterior se clavan a los puntales. La cúpula está envuelta desde la parte inferior hasta la parte superior con varias capas de papel alquitranado, para verter agua y terminada con tejas. Este tipo de domo a menudo se denomina cúpula de cubo y puntal debido al uso de cubos de acero para unir los puntales.

Las bóvedas paneladas están construidas con maderas enmarcadas por separado y cubiertas con madera contrachapada. Los tres miembros que comprenden el marco triangular a menudo se cortan en ángulos compuestos para proporcionar un ajuste plano de los diversos triángulos. Los agujeros se perforan a través de los miembros en ubicaciones precisas y tornillos de acero y luego conectan los triángulos para formar el domo. Estos miembros son a menudo 2×4 o 2×6, que permiten un mayor aislamiento para caber dentro del triángulo. La técnica de panel permite al constructor unir la piel de madera contrachapada a los triángulos mientras trabajas de forma segura en el suelo o en una tienda cómoda fuera del clima. Este método no requiere cubos de acero costosos.

Las cúpulas temporales de invernadero se han construido al grapar láminas de plástico en una cúpula construida con vigas cuadradas de una pulgada. El resultado es cálido, se puede mover a mano en tamaños de menos de 20 pies y es económico. Debe ser estacado al suelo para evitar que sea movido por el viento.

El armazón de acero se puede construir fácilmente con un conducto eléctrico. Uno aplana el extremo de un puntal y perfora los agujeros de los pernos a la longitud necesaria. Un solo tornillo asegura un vértice de puntales. Las tuercas generalmente se ajustan con un compuesto de bloqueo extraíble, o si el domo es portátil, tienen una tuerca almenada con un pasador de chaveta. Esta es la forma estándar de construir cúpulas para gimnasios de la jungla.

Las cúpulas también se pueden construir con un armazón de aluminio liviano que puede atornillarse o soldarse entre sí o se puede conectar con una conexión de punta / buje de noda más flexible. Estas cúpulas usualmente están revestidas con vidrio que se mantiene en su lugar con una cofia de PVC. La cofia se puede sellar con silicona para hacerla estanca. Algunos diseños también permiten que se fijen doble acristalamiento o paneles aislados en el marco. Esto permite que se forme un edificio completamente habitable.

Las cúpulas de hormigón y plástico de espuma generalmente comienzan con una cúpula de acero, envuelta con alambre de gallinero y malla de alambre para refuerzo. El alambre de pollo y la pantalla están atados al marco con amarres de alambre. Una capa de material se pulveriza o se moldea en el marco. Las pruebas deben realizarse con cuadrados pequeños para lograr la consistencia correcta de concreto o plástico. En general, son necesarios varios abrigos por dentro y por fuera. El último paso es saturar cúpulas de hormigón o poliéster con una capa delgada de compuesto epoxídico para verter 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 están dentro de receptáculos elevados cubiertos con pequeñas tapas de concreto para arrojar agua. Los triángulos se superponen para arrojar agua. Los triángulos en este método se pueden moldear en formas estampadas en arena con patrones de madera, pero los triángulos de concreto 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 de acero internos permanecen secos, lo que evita daños por congelación y corrosión. El concreto resiste el sol y la intemperie. Se debe colocar alguna forma de tapajuntas o calafateo interno sobre las juntas para evitar corrientes de aire. El Cinerama Dome de 1963 se construyó a partir de hexágonos y pentágonos de hormigón prefabricado.

Dada la complicada geometría de la cúpula geodésica, los constructores de cúpulas dependen de tablas de longitudes de puntal, o «factores de cuerda». En Matemáticas geodésicas y cómo usarlo, Hugh Kenner escribe: «Las tablas de factores de acordes, que contienen la información de diseño esencial para los sistemas esféricos, fueron durante muchos años custodiados como secretos militares. Todavía en 1966, algunas figuras de icosa 3 Popular Science Monthly era todo lo que cualquier persona fuera del círculo de licenciatarios de Fuller tenía que seguir «. (página 57, edición de 1976). Se publicaron otras tablas con la publicación de Lloyd Kahn’s Domebook 1 (1970) y Domebook 2 (1971).

Domo casas
Fuller esperaba que la cúpula geodésica ayudaría a abordar la crisis de la vivienda de posguerra. Esto fue consistente con sus esperanzas previas para ambas versiones de Dymaxion House.

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 profesionales de cúpula experimentados, si bien son difíciles de encontrar, sí existen, y pueden eliminar gran parte de los excesos de costos asociados con inicios en falso y estimaciones incorrectas. El propio Fuller vivía en una cúpula geodésica en Carbondale, Illinois, en la esquina de Forest y Cherry. Fuller pensó en domos residenciales como productos de entrega en el aire fabricados por una industria de tipo aeroespacial. La casa domo de Fuller todavía existe, la R. Buckminster Fuller y la casa de Anne Hewlett Dome, y un grupo llamado RBF Dome NFP está tratando de restaurar la cúpula y registrarla como un Monumento Histórico Nacional. Está en el Registro Nacional de Lugares Históricos.

En 1986, se otorgó a American Ingenuity of Rockledge, Florida, una patente para una técnica de construcción de domos que incluye triángulos de poliestireno laminados con 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 construidas por un propietario. Este método hace que las costuras se conviertan en la parte más fuerte de la estructura, donde las costuras y especialmente los cubos en la mayoría de las bóvedas con armazón de madera son el punto más débil de la estructura. También tiene la ventaja de ser hermético.

En Noruega y Austria están surgiendo casas de cúpulas geodésicas con marcos de aluminio habitables. En 2012, una cúpula de aluminio y vidrio se utilizó como cubierta de domo para una casa ecológica en Noruega y en 2013 se construyó una casa con techo de vidrio y madera en Austria.

En Chile, se están adoptando ejemplos de cúpulas geodésicas para acomodaciones hoteleras, ya sea como cúpulas geodésicas estilo tienda de campaña o cúpulas cubiertas de vidrio. Ejemplos: EcoCamp Patagonia, Chile; y Elqui Domos, Chile.

Desventajas
Aunque las casas domo disfrutaron de una ola de popularidad a fines de la década de 1960 y principios de la década de 1970, como sistema de vivienda, la cúpula tiene muchas desventajas y problemas. Un ex defensor de las casas domo, Lloyd Kahn, quien escribió dos libros sobre ellos (Domebook 1 y Domebook 2) y fundó Shelter Publications, se desilusionó con ellos, llamándolos «inteligentes pero no sabios». Señaló las siguientes desventajas, que ha enumerado en el sitio web de su compañía: Los materiales de construcción comunes (p. Ej., Madera contrachapada, tabla de fibra) normalmente vienen en formas rectangulares, por lo tanto, es posible que haya que desechar material después de cortar rectángulos hasta triángulos , aumentando el costo de la construcción. Las escapatorias son problemáticas; los códigos los requieren para estructuras más grandes, y son caros. Windows conforme al código puede costar entre cinco y 15 veces más que las ventanas en casas convencionales. El cableado eléctrico profesional cuesta más debido al aumento del tiempo de trabajo. Incluso las situaciones relacionadas con el propietario son costosas porque se requieren más materiales para la construcción del domo. La expansión y la partición también es difícil. Kahn señala que las cúpulas son difíciles, si no imposibles de construir, con materiales naturales, que generalmente requieren plásticos, etc., que son contaminantes y se deterioran con la luz solar.

La estratificación del aire y la distribución de la humedad dentro de un domo son inusuales. Las condiciones tienden a degradar rápidamente la estructura de madera o los paneles interiores. Una compañía llamada New Age Construction en Alabama afirma que la adición de una cúpula elimina la condensación de humedad que es común en las cúpulas.

La privacidad es difícil de garantizar porque una cúpula es difícil de dividir satisfactoriamente. Los sonidos, los olores y hasta la luz reflejada tienden a transmitirse a través de toda la estructura (pero en algunos casos esto puede usarse para aprovechar).

Al igual que con cualquier forma curva, el domo produce áreas de pared que pueden ser difíciles de usar y deja un poco de área de suelo periférico con uso restringido debido a la falta de altura libre. Las formas de los planos circulares carecen de la modularidad simple proporcionada por los rectángulos. Diseño de muebles e instaladores con superficies planas en mente. Colocar un sofá estándar contra una pared exterior (por ejemplo) hace que se pierda una media luna detrás del sofá.

Los constructores de cúpulas que usan material de revestimiento cortado (común en las décadas de 1960 y 1970) encuentran difícil sellar cúpulas contra la lluvia, debido a sus numerosas costuras. Además, estas costuras pueden estar estresadas porque el calor solar común flexiona toda la estructura cada día a medida que el sol se mueve por el cielo. La adición posterior de las correas y los acabados interiores flexibles de paneles de yeso ha eliminado virtualmente este movimiento que se nota en los acabados interiores.

El método de impermeabilización más efectivo con un domo de madera es tejer el domo. Las tapas puntiagudas en la parte superior de la cúpula, o para modificar las formas de la cúpula se utilizan cuando la pendiente es insuficiente para la barrera de hielo. También se usan cúpulas de plástico o concreto reforzado de una sola pieza, y algunas cúpulas se han construido a partir de triángulos de plástico encerado o plástico que se superponen de tal manera que arrojan agua.

El antiguo alumno de Buckminster Fuller, J. Baldwin, insiste en que no existe ninguna razón para que una cúpula bien diseñada y bien diseñada se filtre, y que algunos diseños «no pueden» filtrarse.

Patrones relacionados
La construcción de estructuras fuertes y estables a partir de patrones de triángulos de refuerzo se ve con mayor frecuencia en el diseño de carpas. Se ha aplicado en abstracto en otros diseños industriales, pero incluso en ciencias administrativas y estructuras deliberativas como una metáfora conceptual, especialmente en el trabajo de Stafford Beer, cuyo método de «transmigración» se basa tan específicamente en el diseño del domo que solo fijó números de las personas pueden participar en el proceso en cada etapa de deliberación.

Las estructuras de cúpula geodésica más grandes
Muchas cúpulas geodésicas se encuentran entre las estructuras de tramo claro más grandes del mundo. Según el Buckminster Fuller Institute en 2010, las 10 cúpulas geodésicas más grandes del mundo por diámetro son:

Seagaia Ocean Dome (Sea ー:::::::): Miyazaki, Japón (31.9551 ° N 131.4691 ° E), 216.5 m (710 pies) – Demolido en 2017.
Domo de Nagoya (ナ ゴ ヤ ム ム ム): Nagoya, Japón (35.1859 ° N 136.9474 ° E), 187.2 m (614 pies)
Domo Superior: Northern Michigan University. Marquette, Michigan, EE. UU. (46.5603 ° N 87.3938 ° O), 163.4 m (536 ft)
Domo de Tacoma: Tacoma, Washington, EE. UU. (47.2367 ° N 122.4270 ° O), 161.5 m (530 ft)
Walkup Skydome: Northern Arizona University. Flagstaff, Arizona, EE. UU. (35.1805 ° N 111.6529 ° O), 153 m (502 pies)
Round Valley Ensphere: Springerville-Eagar, AZ, EE. UU. (34.1204 ° N 109.2849 ° O), 134 m (440 ft)
Hangar Spruce Goose Hangar: Long Beach, California, EE. UU. (33.7513 ° N 118.1889 ° O), 126 m (413 pies) – Ahora propiedad de Carnival Cruise Line.
Instalación de almacenamiento de plásticos Formosa: Mailiao, Taiwán (23.7921 ° N 120.1840 ° E), 122 m (400 pies) – Seis domos.
Instalación de mantenimiento Union Tank Car Baton Rouge, Louisiana, EE. UU. (30.5827 ° N 91.2344 ° O), 117 m (384 ft) – Derribada en 2007.
Instalación de almacenamiento de cemento Portland Lehigh: Union Bridge, Maryland, EE. UU. (39.5590 ° N 77.1718 ° O), 114 m (374 pies)

Otra cúpula grande en Venezuela fue omitida en la lista original del Fuller Institute, mientras que otras dos construidas más tarde también se encuentran entre las 10 principales. Actualmente, varias cúpulas geodésicas tienen más de 113 m de diámetro.
Poliedro de Caracas («Caracas Polyhedron Arena»), Caracas, Venezuela (10.4338 ° N 66.9385 ° O), 143 m (469 pies)
Domo de la mina San Cristóbal (MSC), municipio Colcha «K», Bolivia (21.1246 ° S 67.2096 ° O), 140 m (460 pies)
Domo de la refinería Ruwais, Ruwais, Emiratos Árabes Unidos (24.1459 ° N 52.7392 ° E), 135 m (443 pies)