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Historia de las cúpulas del período moderno

Las cúpulas construidas en los siglos XIX y XX se beneficiaron de técnicas más eficientes para la producción de hierro y acero, así como de los avances en el análisis estructural.

Las cúpulas metálicas del siglo XIX a menudo imitaban diseños anteriores de cúpulas de mampostería en una variedad de estilos, especialmente en arquitectura eclesiástica, pero también se usaban para crear cúpulas de vidrio sobre galerías comerciales e invernaderos, cúpulas sobre cobertizos de locomotoras y salas de exposiciones y cúpulas más grandes que cualquier otro en el mundo. La variedad de edificios con cúpulas, como parlamentos y edificios del capitolio, gasómetros, observatorios, bibliotecas e iglesias, se habilitaron mediante el uso de costillas de hormigón armado, cartón piedra ligero y marcos triangulados.

En el siglo XX, las cúpulas del planetario impulsaron la invención de Walther Bauersfeld de las dos delgadas capas de hormigón armado y cúpulas geodésicas. El uso de acero, computadoras y análisis de elementos finitos permitió tramos aún más grandes. La estructura de la membrana de tensión se hizo popular para estadios deportivos abovedados, que también innovaron con techos abovedados rígidos retráctiles.

Siglo xix

Hierro
Las nuevas técnicas de producción permitieron la producción de hierro forjado y hierro forjado, tanto en mayores cantidades como a precios relativamente bajos durante la Revolución Industrial. Se usó hierro en lugar de madera donde la resistencia al fuego era una prioridad. En Rusia, que tenía grandes cantidades de hierro, se pueden encontrar algunos de los primeros ejemplos del uso arquitectónico del material. Andrey Voronikhin construyó una gran cúpula de hierro forjado sobre la catedral de Kazan en San Petersburgo. Construido entre 1806 y 1811, la cúpula exterior de 17,7 metros de ancho de la catedral fue una de las primeras cúpulas de hierro.

A pesar de que la producción de hierro en Francia estaba por detrás de Gran Bretaña, el gobierno estaba ansioso por fomentar el desarrollo de su industria nacional de hierro. En 1808, el gobierno de Napoleón aprobó un plan para reemplazar la cúpula de madera quemada del granero Halle au Blé en París con una cúpula de hierro y vidrio, el «primer ejemplo de metal con vidrio en una cúpula». La cúpula tenía 37 metros de diámetro y usaba 51 nervaduras de hierro fundido para converger en un anillo de compresión de hierro forjado de 11 metros de ancho que contenía una claraboya de vidrio y hierro forjado. La superficie exterior de la cúpula estaba cubierta de cobre, con ventanas adicionales cortadas cerca de la base de la cúpula para admitir más luz durante una modificación de 1838. Las cúpulas de hierro fundido eran particularmente populares en Francia.

Un ejemplo temprano de Gran Bretaña es la fantástica cúpula con marco de hierro sobre el edificio central del Royal Pavilion en Brighton, comenzada en 1815 por John Nash, el arquitecto personal del rey Jorge IV.

En 1828, la torre de cruces del este de la catedral de Mainz fue reconstruida por Georg Moller con una cúpula de hierro forjado. La cúpula estaba hecha de secciones planas de hierro y reforzada con ataduras que pasaban por el interior de la cúpula. Tal refuerzo del domo era una de las dos técnicas establecidas, el otro era el uso de una combinación de anillos horizontales y costillas verticales. Posteriormente fue eliminado a favor de la estructura actual.

La Catedral de San Isaac, en San Petersburgo, fue construida en 1842 con una de las cúpulas más grandes de Europa. Una cúpula de hierro fundido de casi 26 metros de ancho, tenía un diseño técnicamente avanzado de triple capa con armaduras de hierro que recuerdan a la Catedral de St. Paul en Londres. También recuerda la cúpula de San Pablo y la del Panteón de París, que el diseñador original visitó, la cúpula de la iglesia de San Nicolás de Potsdam se añadió al edificio de 1843 a 1849. Se incluyó una cúpula como una posibilidad en el diseño neoclásico tardío original de 1830, pero como una construcción de madera. El hierro fue utilizado en su lugar por los arquitectos posteriores.

Batalla de los estilos
El estilo neoclásico popular en este momento fue desafiado a mediados del siglo XIX por un renacimiento gótico en la arquitectura, en lo que se ha denominado la «Batalla de los Estilos». Esto duró desde aproximadamente 1840 hasta el comienzo del siglo XX, con varios estilos dentro del clasicismo, como los renacimientos renacentista, barroco y rococó, que también compiten por su popularidad. Las últimas tres décadas de este período incluyeron combinaciones inusuales de estos estilos.

La Biblioteca del Museo Británico construyó una nueva sala de lectura en el patio de su edificio del museo entre 1854 y 1857. La sala redonda, de aproximadamente 42,6 metros de diámetro e inspirada en el Panteón, estaba coronada por una cúpula con un anillo de ventanas en la base y un óculo en la parte superior. El marco de hierro oculto sostenía un techo suspendido hecho de papel maché. Una cúpula de hierro fundido fue construida entre 1860 y 1867 sobre la sala de lectura de la Bibliothèque nationale en París. Inspirada en la prestigiosa sala de lectura del British Museum, la primera cúpula de hierro de Canadá se construyó a principios de la década de 1870 sobre la sala de lectura del edificio de la Biblioteca del Parlamento en Ottawa. A diferencia de la sala del Museo Británico, la biblioteca, que se inauguró en 1876, usa el estilo gótico. La cúpula del edificio Thomas Jefferson de la Biblioteca del Congreso, también inspirada en la cúpula de la sala de lectura del Museo Británico, fue construida entre 1889 y 1897 en un estilo clásico. Tiene 100 pies de ancho y se eleva 195 pies sobre el piso en ocho muelles. La cúpula tiene un perfil externo relativamente bajo para evitar opacar la cúpula del Capitolio de los Estados Unidos.

La cúpula actual sobre el edificio del Capitolio de los Estados Unidos, aunque pintada de blanco y coronando un edificio de mampostería, también está hecha de hierro fundido. La cúpula fue construida entre 1855 y 1866, reemplazando una cúpula de madera inferior con techo de cobre de 1824. Tiene un diámetro de 30 metros. Se completó solo dos años después del Juzgado del Condado de Old St. Louis, que tiene la primera cúpula de hierro fundido construida en los Estados Unidos. El diseño inicial de la cúpula del capitolio fue influenciado por varias cúpulas de iglesias europeas, particularmente St. Paul’s en Londres, St. Peter’s en Roma, el Panteón en París, Les Invalides en París y la Catedral de San Isaac en San Petersburgo. El arquitecto, Thomas U. Walter, diseñó un interior de doble cúpula basado en el del Panteón de París. La construcción de domos para edificios del capitolio estatal y tribunales de condado en los Estados Unidos floreció en el período comprendido entre la Guerra Civil estadounidense y la Primera Guerra Mundial. Muchas cúpulas estatales del capitolio estatal se construyeron a finales del siglo XIX o principios del XX en estilo renacentista estadounidense. rotundas abiertas al público como espacios conmemorativos. Los ejemplos incluyen la Casa del Estado de Indiana, el Capitolio del Estado de Texas y el Capitolio del Estado de Wisconsin.

La cúpula sobre la Basílica de San Gaudenzio (comenzada en 1577) en Novara, Italia, fue construida entre 1844 y 1880. Las revisiones realizadas por el arquitecto durante la construcción transformaron lo que inicialmente sería un tambor, cúpula hemisférica y una linterna de 42.22 metros de altura en una estructura con dos tambores superpuestos, una cúpula ojival y una aguja de treinta metros de alto que alcanza 117,5 metros. El arquitecto, Alessandro Antonelli, que también construyó la Mole Antonelliana en Turín, Italia, combinó las formas neoclásicas con el énfasis vertical del estilo gótico.

El Palacio del Reichstag, construido entre 1883 y 1893 para albergar el Parlamento del nuevo Imperio alemán, incluía una cúpula hecha de hierro y vidrio como parte de su mezcla inusual de componentes renacentistas y barrocos. Controversialmente, la cúpula de 74 metros de altura era siete metros más alta que la cúpula del Palacio Imperial en la ciudad, lo que generó críticas del Kaiser Guillermo II.

El edificio del Parlamento húngaro fue construido en estilo gótico, aunque la mayoría de las entradas de la competencia de diseño de 1882 utilizaban el neorrenacimiento e incluye una sala central abovedada. La cúpula de la iglesia Maria vom Siege, en Viena, influyó en la gran cúpula con forma de huevo, rematada con una aguja. Tiene una capa exterior de dieciséis lados con un esqueleto de hierro que se eleva a 96 metros de altura, y una bóveda de estrella de caparazón interior apoyada sobre dieciséis pilares de piedra. El Dome Hall se usa para mostrar la corona de coronación de Hungría y la estatuaria de monarcas y estadistas. La cúpula estaba estructuralmente completa a fines de 1895.

Otros desarrollos
El historicismo del siglo XIX llevó a que muchas cúpulas fueran re-traducciones de las grandes cúpulas del pasado, en lugar de desarrollos estilísticos adicionales, especialmente en la arquitectura sagrada. Excluyendo las bóvedas que simplemente imitaron la mampostería con varias capas, el desarrollo principal del siglo de la forma abovedada simple puede ser domos enmarcados metálicos como la cúpula elíptica del Royal Albert Hall en Londres (de 57 a 67 metros de diámetro) y la cúpula circular de Halle au Blé en París.

La práctica de construir cúpulas giratorias para albergar grandes telescopios comenzó en el siglo XIX, con ejemplos tempranos que utilizan papel maché para minimizar el peso.

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Las cúpulas de cristal únicas que brotan directamente del nivel del suelo se utilizaron para invernaderos y jardines de invierno, como la casa Palm en Kew (1844-48) y el jardín de invierno Laeken cerca de Bruselas (1875-1876). Las elaboradas galerías comerciales cubiertas, como la Galleria Vittorio Emanuele II en Milán y la Galleria Umberto I en Nápoles, incluían grandes cúpulas acristaladas en sus cruces transversales.

La cúpula más grande del mundo se construyó en 1881-1882 sobre el patio circular del Hospital Real de Devonshire en Inglaterra con un diámetro de 156 pies. Las grandes cúpulas del siglo XIX también incluyen edificios de exhibición y estructuras funcionales tales como gasómetros y galpones de locomotoras. La «primera cúpula enmarcada completamente triangulada» fue construida en Berlín en 1863 por Johann Wilhelm Schwedler en un gasómetro para la Asociación Imperial de Gas Continental y, a principios del siglo XX, las cúpulas triangulares similarmente triangulares se habían vuelto bastante comunes. Vladimir Shukhov también fue uno de los primeros pioneros de lo que más tarde se llamaría estructuras gridshell y en 1897 las empleó en pabellones de exhibición abovedados en la Exhibición Industrial y de Arte de toda Rusia.

Aunque las cúpulas hechas enteramente de hormigón armado no se construyeron antes de 1900, la iglesia de Saint-Jean-de-Montmartre fue diseñada por Anatole de Baudot con una pequeña cúpula de ladrillo con costillas de hormigón armado.

Según Irene Giustina, la construcción del domo fue uno de los problemas arquitectónicos más desafiantes hasta al menos finales del siglo XIX, debido a la falta de conocimiento sobre la estática.

Siglo veinte
Baldosa de Guastavino
A finales del siglo XIX y principios del XX, la familia Guastavino, un equipo de padre e hijo que trabajó en la costa este de los Estados Unidos, desarrolló aún más el domo de mampostería. Perfeccionaron una técnica tradicional española e italiana para bóvedas ligeras y sin centro usando capas de baldosas en un cemento de fraguado rápido, plano contra la superficie de la curva, en lugar de perpendicular a ella. El padre, Rafael Guastavino, innovó con el uso de cemento Portland como mortero, en lugar de los tradicionales morteros de cal y yeso, que permitieron utilizar barras de acero suave para contrarrestar las fuerzas de tensión. Su uso del desarrollo reciente de la estática gráfica le permitió diseñar y construir cúpulas funiculares de bajo costo con un espesor mínimo y sin andamios. Las bóvedas eran típicamente de 3 pulgadas de espesor y los trabajadores, de pie sobre las porciones completadas, usaban plantillas simples, cables y cuerdas para alinear su trabajo.

La familia construyó bóvedas en cientos de edificios, incluidas las cúpulas de la Basílica de San Lorenzo en Asheville, Carolina del Norte, y la Iglesia Católica Romana de San Francisco de Sales, en Filadelfia, Pensilvania. La cúpula sobre el cruce de la Catedral de San Juan el Divino en la ciudad de Nueva York fue construida por el hijo en 1909. Una cúpula parcialmente esférica, mide 30 metros de diámetro desde la parte superior de sus pechinas de fusión, donde las barras de acero incrustadas en concreto actúa como un anillo de restricción. Con un grosor promedio de 1 / 250o de su envergadura y varillas de acero también incrustadas dentro de las pechinas, la cúpula «esperaba la construcción moderna de armazón en hormigón armado».

Acero y concreto
Las bóvedas construidas con acero y hormigón lograron grandes luces. El West Baden Springs Hotel en Indiana fue construido en 1903 con el domo de luz más grande del mundo a 200 pies. Su piel de metal y vidrio estaba soportada por vigas de acero que descansaban sobre rodillos metálicos para permitir la expansión y la contracción de los cambios de temperatura. Fue superado en extensión por el Centennial Hall of Max Berg. La cúpula de 1911 de la sala de lectura de la Biblioteca Pública de Melbourne, supuestamente inspirada en el Museo Británico, tenía un diámetro de 31,5 metros y fue, brevemente, la cúpula de hormigón armado más ancha del mundo hasta la finalización del Salón del Centenario. El Centennial Hall fue construido con hormigón armado en Breslau, Alemania (hoy Polonia), de 1911 a 13 para conmemorar el 100 aniversario del levantamiento contra Napoleón. Con una cúpula central de 213 pies de ancho rodeada por anillos escalonados de ventanas verticales, era el edificio más grande de su tipo en el mundo. Otros ejemplos de cúpulas acanaladas hechas completamente de hormigón armado incluyen el Methodist Hall en Westminster, Londres, la sinagoga de Augsburg y el Teatro Orpheum en Bochum. El Mercado de Leipzig de 1928, de Deschinger y Ritter, presentaba dos cúpulas de 82 metros de ancho.

La delgada caparazón se desarrolló con la construcción de dos cúpulas en Jena, Alemania, a principios de los años veinte. Para construir una cúpula planetaria rígida, Walther Bauersfeld construyó un marco triangular de barras de acero ligeras y malla con un encofrado abovedado suspendido debajo de él. Al rociar una fina capa de concreto tanto en el encofrado como en el marco, creó una cúpula de 16 metros de ancho con solo 30 milímetros de grosor. El segundo domo aún era más delgado con 40 metros de ancho y 60 milímetros de grosor. En general, se considera que son las primeras conchas finas arquitectónicas modernas. Estos también se consideran las primeras cúpulas geodésicas. Comenzando con uno para el Deutsches Museum de Munich, en 1930 se habían construido 15 planetarios de proyección con cúpulas que usaban proyectiles de concreto de hasta 30 metros de ancho, y ese año el Planetario Adler en Chicago se convirtió en el primer planetario en abrirse en el Hemisferio Occidental.

El ingeniero-arquitecto español Eduardo Torroja, junto con Manuel Sánchez, diseñó el Market Hall en Algeciras, España, con una delgada cúpula de concreto. Construido a partir de 1933-34, el domo de poca profundidad tiene 48 metros de ancho, 9 centímetros de grosor y se sostiene en puntos alrededor de su perímetro. Popularizado por un artículo de 1955 sobre la obra de Félix Candela en México, las conchas arquitectónicas tuvieron su auge en los años 1950 y 1960, alcanzando su popularidad poco antes de la adopción generalizada de computadoras y el método de elementos finitos de análisis estructural. Ejemplos notables de cúpulas incluyen el Kresge Auditorium en el MIT, que tiene una cubierta esférica de 49 metros de ancho y 89 milímetros de grosor, y el Palazzetto dello Sport, con una cúpula de 59 metros de ancho diseñada por Pier Luigi Nervi. Los primeros ejemplos utilizaron una viga de borde relativamente gruesa para estabilizar los bordes expuestos. Las técnicas de estabilización alternativas incluyen agregar un doblez en estos bordes para endurecerlos o aumentar el grosor de la misma capa en los bordes y cerca de los soportes.

Cúpulas geodésicas
Estructuralmente, las cúpulas geodésicas también se consideran conchas cuando las cargas son soportadas por los polígonos de superficie, como en el Domo Kaiser, pero se consideran estructuras de rejilla espacial cuando las cargas son soportadas por miembros punto a punto. Aunque los primeros ejemplos fueron construidos 25 años antes por Walther Bauersfeld, el término «cúpulas geodésicas» fue acuñado por Buckminster Fuller, quien recibió una patente para ellos en 1954. Las cúpulas geodésicas se han utilizado para recintos de radar, invernaderos, viviendas y estaciones meteorológicas .

Los primeros ejemplos en los Estados Unidos incluyen una cúpula de 53 pies de ancho para la Ford Rotunda en 1953 y una cúpula de 384 pies de diámetro para las instalaciones de Baton Rouge de la Union Tank Tank Company en 1958, la estructura más grande de claros en la mundo en ese momento. El pabellón de EE. UU. En la Expo 67 en Montreal, Quebec, Canadá, fue encerrado por una cúpula de 76,5 metros de ancho y 60 metros de altura hecha de tubos de acero y paneles acrílicos. Se usa hoy como un centro de monitoreo de agua. Otros ejemplos incluyen la estación Amundsen-Scott South Pole, que se usó desde 1975 hasta 2003, y el Eden Project en el Reino Unido, construido en 2000.

Tensión y membranas
Las cúpulas de Tensegrity, patentadas por Buckminster Fuller en 1962 a partir de un concepto de Kenneth Snelson, son estructuras de membrana que consisten en cerchas radiales hechas de cables de acero bajo tensión con tubos verticales de acero que separan los cables en forma de truss. Se han hecho circulares, elípticas y otras formas para cubrir estadios desde Corea hasta Florida. Mientras que las primeras cúpulas de membrana con soporte aéreo permanente fueron las cúpulas de radar diseñadas y construidas por Walter Bird después de la Segunda Guerra Mundial, la estructura de membrana temporal diseñada por David Geiger para cubrir el pabellón de los Estados Unidos en la Expo ’70 fue una construcción histórica. La solución de Geiger a una reducción del 90% en el presupuesto para el proyecto del pabellón fue un «techo de perfil bajo, soportado por aire, con soporte de aire que emplea un anillo de compresión perimetral superelíptico». Su bajo costo llevó al desarrollo de versiones permanentes con fibra de vidrio revestida de teflón y en 15 años la mayoría de los estadios abovedados de todo el mundo utilizaron este sistema, incluido Silverdome en Pontiac, Michigan. Los cables de contención de tales domos se colocan en diagonal para evitar el perímetro de pandeo que se encuentra con una rejilla estándar.

El diseño de la membrana de tensión ha dependido de las computadoras, y la disponibilidad cada vez mayor de computadoras potentes dio lugar a muchos desarrollos en las últimas tres décadas del siglo XX. La deflación relacionada con el clima de algunos techos con soporte aéreo llevó a David Geiger a desarrollar un tipo modificado, el más rígido «Cabledome», que incorporaba las ideas de Fuller de tensegridad y aspensión en lugar de ser respaldado por aire. El efecto plisado que se ve en algunas de estas cúpulas es el resultado de cables radiales más bajos que se extienden entre los que forman trusses para mantener la membrana en tensión. El sistema de membrana ligero utilizado consta de cuatro capas: fibra de vidrio a prueba de agua en el exterior, aislamiento, una barrera de vapor y luego una capa de aislamiento acústico. Esto es lo suficientemente semitransparente para satisfacer la mayoría de las necesidades de iluminación diurnas debajo del domo. Los primeros ejemplos de tramos grandes fueron dos arenas deportivas de Seúl, Corea del Sur, construidas en 1986 para los Juegos Olímpicos, una de 93 metros de ancho y la otra de 120 metros de ancho. El Georgia Dome, construido en 1992 con un plano ovalado, utiliza un patrón triangulado en un sistema patentado como el «Domo de Tenstar». El Millennium Dome se completó como el domo de cable más grande del mundo con un diámetro de 320 metros y utiliza un sistema diferente de soporte de membrana, con cables que se extienden hacia abajo desde los 12 mástiles que penetran en la membrana. El primer domo de cable para utilizar paneles de armazón rígidos de acero como cubierta en vez de una membrana translúcida comenzó en 1994 en un centro deportivo en Carolina del Norte.

Domos y estadios retráctiles
El mayor gasto de las bóvedas de gran tamaño rígidas las hizo relativamente raras, aunque los paneles de movimiento rígido son el sistema más popular para estadios deportivos con techo retráctil. Con una envergadura de 126 metros, el Civic Arena de Pittsburgh presentaba la cúpula retráctil más grande del mundo cuando se completó para la Civic Light Opera de la ciudad en 1961. Seis de sus ocho secciones podían rotar detrás de las otras dos en tres minutos, y en 1967 se convirtió hogar del equipo de hockey Pittsburgh Penguins.

El primer estadio de béisbol abovedado, el Astrodome en Houston, Texas, se completó en 1965 con una cúpula de acero rígida de 641 pies de ancho llena con 4,596 tragaluces. Otros ejemplos tempranos de domos de estadios rígidos incluyen el marco de acero Superdome de Nueva Orleans y el cemento Kingdome de Seattle. El Ericsson Globe de Estocolmo de 1989, una arena para hockey sobre hielo, obtuvo el título de edificio hemisférico más grande del mundo con un diámetro de 110 metros y una altura de 85 metros.

El Estadio Olímpico de Montreal presentó un techo de membrana retráctil en 1988, aunque el rasgado repetido llevó a su reemplazo con un techo no retráctil. El SkyDome de Toronto se inauguró en 1989 con un sistema rígido en cuatro partes: uno que es fijo, dos que se deslizan horizontalmente y otro que gira a lo largo del borde del tramo de 213 metros de ancho. En Japón, el Domo de Fukuoka de 1993 presentaba una cúpula de 222 metros en tres partes, dos de las cuales rotaban bajo la tercera. Stadiumita Stadium se construyó en 2001 como un techo semiesférico en su mayoría fijo de 274 metros de ancho con dos paneles grandes cubiertos de membrana que pueden deslizarse hacia abajo desde el centro a los lados opuestos.

Siglo veintiuno
La variedad de cúpulas modernas sobre estadios deportivos, salas de exposiciones y auditorios ha sido posible gracias a desarrollos en materiales como el acero, el hormigón armado y los plásticos. Sus usos sobre las tiendas departamentales y los «futuristas centros de entretenimiento con hologramas de video» explotan una variedad de materiales no tradicionales.

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