Una cupola (dal latino: domus) è un elemento architettonico che assomiglia alla metà superiore vuota di una sfera. La definizione precisa è stata oggetto di controversie. Ci sono anche una grande varietà di forme e termini specializzati per descriverli. Una cupola può poggiare su una rotonda o su un tamburo, e può essere sostenuta da colonne o pilastri che si spostano verso la cupola attraverso squinches o pennacchi. Una lanterna può coprire un occhio e può avere un’altra cupola.

Le cupole hanno una lunga tradizione architettonica che si estende indietro nella preistoria e sono state costruite da fango, neve, pietra, legno, mattoni, cemento, metallo, vetro e plastica nel corso dei secoli. Il simbolismo associato alle cupole include tradizioni mortuarie, celesti e governative che si sono sviluppate anche nel tempo.

Le cupole sono state trovate dalla Mesopotamia in anticipo, il che potrebbe spiegare la diffusione della forma. Si trovano nell’architettura persiana, ellenistica, romana e cinese nel mondo antico, così come in una serie di tradizioni costruttive indigene contemporanee. Le strutture a cupola erano popolari nell’architettura islamica bizantina e medievale, e ci sono numerosi esempi dall’Europa occidentale nel Medioevo. Lo stile architettonico rinascimentale si diffuse dall’Italia nel primo periodo moderno. I progressi in matematica, materiali e tecniche di produzione da quel momento hanno portato a nuovi tipi di cupola. Le cupole del mondo moderno possono essere trovate su edifici religiosi, camere legislative, stadi sportivi e una varietà di strutture funzionali.

Etimologia
La parola inglese “cupola” deriva in definitiva dalla domus latina (“casa”) – che, attraverso il Rinascimento, etichettava una casa venerata, come una Domus Dei, o “Casa di Dio”, indipendentemente dalla forma del suo tetto . Ciò si riflette negli usi della parola italiana duomo, la parola tedesca / islandese / danese dom (“cattedrale”), e la parola inglese dome nel 1656, quando significava “Town-House, Guild-Hall, State -House e Meeting-House in una città. ” La parola francese dosme arrivò ad acquisire il significato di una volta a cupola, in particolare, nel 1660. Questa definizione francese divenne gradualmente l’uso standard della cupola inglese nel diciottesimo secolo poiché molte delle Case di Dio più impressionanti furono costruite con cupole monumentali, e in risposta alla necessità scientifica di termini più tecnici.

Terminologia
Una cupola è una volta arrotondata composta da segmenti curvi o un guscio di rivoluzione, che significa un arco ruotato attorno al suo asse verticale centrale. La terminologia utilizzata è stata fonte di controversie, con incoerenza tra gli studiosi e persino all’interno di singoli testi, ma il termine “cupola” può essere considerato una “parola coperta per descrivere un elemento spettrale emisferico o simile”. Una semi-cupola o semi-cupola è una forma semicircolare spesso usata, specialmente nelle absidi.

Talvolta chiamate cupole “false”, le cupole a cupole raggiungono la loro forma estendendo ogni strato orizzontale di pietre verso l’interno leggermente più lontano di quello inferiore fino a quando non si incontrano nella parte superiore. Una cupola “falsa” può anche riferirsi a una cupola di legno. Si dice che le “vere” cupole siano quelle la cui struttura è in uno stato di compressione, con elementi costitutivi di cunei a forma di cuneo, i cui giunti si allineano con un punto centrale. La validità di questo non è chiara, poiché le cupole costruite sottoterra con strati di pietra a mensola sono anche in compressione dalla terra circostante. L’uso italiano del termine finto, che significa “falso”, può essere fatto risalire al 17 ° secolo nell’uso della volta a base di stuoie di canne e malta di gesso.

Come per gli archi, il “sorgere” di una cupola è il livello da cui sorge la cupola. La parte superiore di una cupola è la “corona”. Il lato interno di una cupola è chiamato “intradosso” e il lato esterno è chiamato “estradosso”. La “coscia” è la parte di un arco che giace approssimativamente a metà strada tra la base e la cima.

La parola “cupola” è un’altra parola per “cupola”, ed è solitamente usata per una piccola cupola su un tetto o una torretta. “Cupola” è stato anche usato per descrivere il lato interno di una cupola.

I tamburi, chiamati anche tholobates, sono muri cilindrici o poligonali con o senza finestre che sostengono una cupola. Un tamburo o una lanterna è la struttura equivalente sopra l’oculo di una cupola, che sostiene una cupola.

caratteristiche

Forze interne
Una cupola in muratura produce spinte verso il basso e verso l’esterno. Sono pensati in termini di due tipi di forze ad angolo retto l’una dall’altra. Le forze meridionali (come i meridiani, o le linee di longitudine, su un globo) sono solo compressive e aumentano verso la base, mentre le forze del cerchio (come le linee di latitudine su un globo) sono in compressione nella parte superiore e la tensione nella base , con la transizione in una cupola emisferica che si verifica con un angolo di 51,8 gradi dall’alto. Le spinte generate da una cupola sono direttamente proporzionali al peso dei suoi materiali. Le cupole emisferiche a terra generano significative spinte orizzontali sulle loro cosce.

A differenza degli archi voussoir, che richiedono il supporto per ciascun elemento fino a quando non viene applicato il trapezio, le cupole sono stabili durante la costruzione, dato che ogni livello è costituito da un anello completo e autoportante. La parte superiore di una cupola in muratura è sempre in compressione ed è supportata lateralmente, quindi non collassa se non come un’unità intera e una gamma di deviazioni dall’ideale in questa parte superiore bassa è ugualmente stabile. Poiché le cupole voussoir hanno il supporto laterale, possono essere rese molto più sottili delle corrispondenti arcate della stessa campata. Ad esempio, una cupola emisferica può essere 2,5 volte più sottile di un arco semicircolare, e una cupola con il profilo di un arco equilatero può essere ancora più sottile.

La forma ottimale per una cupola in muratura di uguale spessore fornisce una compressione perfetta, senza alcuna tensione o forze di flessione contro le quali la muratura è debole. Per un materiale particolare, la geometria ottimale della cupola è chiamata superficie funicolare, la forma comparabile in tre dimensioni ad una curva a catenaria per un arco bidimensionale. I profili a punta di molte cupole gotiche si avvicinano più da vicino a questa forma ottimale di quanto non facciano gli emisferi, che sono stati favoriti dagli architetti romani e bizantini perché il cerchio è considerato la forma più perfetta. L’aggiunta di un peso alla sommità della cupola appuntita, come la pesante cupola nella parte superiore del Duomo di Firenze, cambia la forma ottimale per adattarsi perfettamente alla forma a punta reale della cupola.

Le spinte verso l’esterno nella parte inferiore di una cupola in muratura semisferica possono essere neutralizzate con l’uso di catene incorporate attorno alla circonferenza o con rinforzi esterni, sebbene il cracking lungo i meridiani sia naturale. Per cupole piccole o alte con minore spinta orizzontale, lo spessore degli archi o delle pareti di supporto può essere sufficiente a resistere alla deformazione, motivo per cui i tamburi tendono ad essere molto più spessi delle cupole che sostengono.

Zona di transizione
Quando la base della cupola non corrisponde al piano delle pareti di supporto (ad esempio, la base circolare di una cupola su una baia quadrata), vengono utilizzate tecniche per colmare le due. La tecnica più semplice è quella di utilizzare architravi diagonali agli angoli delle pareti per creare una base ottagonale. Un altro è usare gli archi per coprire gli angoli, che possono sostenere più peso. Una varietà di queste tecniche usa quello che viene chiamato “squinches”. Un acuto può essere un arco singolo o un insieme di più archi nidificati sporgenti disposti diagonalmente su un angolo interno. Gli squinch possono assumere una varietà di altre forme, tra cui archi di trombe e teste di nicchia, o semipiani.

L’invenzione dei pennacchi sostituì la tecnica del morso. I pennacchi sono sezioni triangolari di una sfera, come i pennacchi concavi tra gli archi e la transizione dagli angoli di una baia quadrata alla base circolare di una cupola. La curvatura dei pennacchi è quella di una sfera con un diametro uguale alla diagonale della baia quadrata. La definizione precisa di “pendentive” è stata una fonte di contesa tra gli accademici, tra cui se il corbellamento sia consentito o meno sotto la definizione e se le porzioni inferiori di una volta a vela debbano essere considerate pendenti.

Le cupole con pennacchi possono essere divise in due tipi: semplice e composto. Nel caso della cupola semplice, i pennacchi fanno parte della stessa sfera della cupola stessa; tuttavia, tali cupole sono rare. Nel caso della cupola composta più comune, i pennacchi sono parte della superficie di una sfera più grande al di sotto di quella della cupola stessa e formano una base circolare per la cupola o una sezione di batteria.

Acustica
Poiché le cupole sono concave dal basso, possono riflettere il suono e creare echi. Una cupola può avere una “galleria sussurra” alla base che in certi punti trasmette suoni distinti ad altri luoghi distanti nella galleria. Le mezze cupole sulle absidi delle chiese bizantine hanno contribuito a proiettare i canti del clero. Sebbene ciò possa integrare la musica, potrebbe rendere il linguaggio meno comprensibile, portando Francesco Giorgi nel 1535 a consigliare soffitti a volta per le aree del coro di una chiesa, ma un soffitto piatto riempito con il maggior numero possibile di casse per la predicazione.

Le cavità sotto forma di vasi costruiti nella superficie interna di una cupola possono servire a compensare questa interferenza diffondendo il suono in tutte le direzioni, eliminando gli echi creando un “effetto divino nell’atmosfera di adorazione”. Questa tecnica è stata scritta da Vitruvio nei suoi dieci libri sull’architettura, che descrive i risuonatori di bronzo e di terracotta. Il materiale, la forma, il contenuto e il posizionamento di questi risonatori a cavità determinano l’effetto che hanno: rinforzano determinate frequenze o le assorbono.

materiale
Le prime cupole in Medio Oriente furono costruite con mattoni di fango e, alla fine, con mattoni e pietre cotti. Le cupole di legno consentivano ampie campate a causa della natura relativamente leggera e flessibile del materiale ed erano il metodo normale per le chiese a cupola entro il 7 ° secolo, sebbene la maggior parte delle cupole fossero costruite con gli altri materiali meno flessibili. Le cupole di legno erano protette dalle intemperie dalle coperture, come rame o fogli di piombo. Le cupole di pietra tagliata erano più costose e mai più grandi, e il legname era usato per grandi campate dove il mattone non era disponibile.

Il calcestruzzo romano usava un aggregato di pietra con un potente mortaio. L’aggregato è passato attraverso i secoli a pezzi di argilla cotta, poi a mattoni romani. Dal sesto secolo, i mattoni con grandi quantità di malta erano i principali materiali di volta. Sembra che Pozzolana sia stata usata solo nell’Italia centrale. Le cupole in laterizio erano la scelta preferita per i rivestimenti monumentali di grande spazio fino all’età industriale, grazie alla loro praticità e affidabilità. Cravatte e catene di ferro o legno potrebbero essere utilizzate per resistere agli stress.

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I nuovi materiali da costruzione del 19 ° secolo e una migliore comprensione delle forze all’interno delle strutture del XX secolo hanno aperto nuove possibilità. Travi in ​​ferro e acciaio, cavi in ​​acciaio e cemento precompresso hanno eliminato la necessità di rinforzi esterni e hanno consentito cupole molto più sottili. Mentre le prime cupole in muratura possono avere un rapporto raggio-spessore di 50, il rapporto per le cupole moderne può essere superiore a 800. Il peso più leggero di queste cupole non solo ha permesso ampiezze maggiori, ma ha anche permesso la creazione di grandi mobili cupole su moderni stadi sportivi.

Le cupole sperimentali di terra battuta sono state realizzate come parte del lavoro sull’architettura sostenibile presso l’Università di Kassel nel 1983.

Simbolismo
Secondo E. Baldwin Smith, della tarda età della pietra, la tomba a forma di cupola fu usata come riproduzione del rifugio ancestrale, dato da Dio, reso permanente come una casa venerata dei morti. Il desiderio istintivo di fare questo si traduceva in tradizioni domiche mortali diffuse in tutto il mondo antico, dagli stupa dell’India alle tombe di tholos di Iberia. All’epoca ellenistica e romana, il tholos domicale era diventato il simbolo del cimitero abituale.

Cupole e tendoni erano anche associati ai cieli nell’antica Persia e nel mondo ellenistico-romano. Una cupola su una base quadrata rifletteva il simbolismo geometrico di quelle forme. Il cerchio rappresentava la perfezione, l’eternità e il cielo. Il quadrato rappresentava la terra. Un ottagono era intermedio tra i due. Il simbolismo distinto della tenda celeste o cosmica proveniente dalle tende del pubblico reale dei governanti achemenidi e indiani fu adottato dai governanti romani per imitazione di Alessandro Magno, diventando il baldacchino imperiale. Questo probabilmente è iniziato con Nero, la cui “Casa d’oro” ha anche fatto della cupola una caratteristica essenziale dell’architettura del palazzo.

Il duplice simbolismo sepolcrale e celeste fu adottato dai primi cristiani sia nell’uso delle cupole in architettura che nel ciborio, un baldacchino a cupola come il baldacchino usato come copertura rituale per le reliquie o l’altare della chiesa. Il simbolismo celeste della cupola, tuttavia, fu il principale dell’era cristiana. Nei primi secoli dell’Islam, le cupole erano strettamente associate ai reali. Una cupola costruita davanti al mihrab di una moschea, per esempio, era almeno inizialmente destinata a sottolineare il ruolo di un principe durante le cerimonie reali. Nel corso del tempo tali cupole divennero principalmente punti focali per la decorazione o la direzione della preghiera. L’uso delle cupole nei mausolei può anche riflettere il mecenatismo reale o essere visto come rappresentazione dell’onore e del prestigio che le cupole simboleggiavano, piuttosto che avere un significato funerario specifico. L’ampia varietà di forme a cupola nell’Islam medievale rifletteva differenze dinastiche, religiose e sociali e considerazioni pratiche sull’edificio.

Tipi generali

Cupola ad alveare
Chiamati anche cupola a mensola, o cupola falsa, sono diversi da una “vera cupola” in quanto sono costituiti da strati puramente orizzontali. Man mano che gli strati diventano più alti, ognuno è leggermente a sbalzo, o a mensola, verso il centro fino a quando si incontrano in alto. Un esempio monumentale è il tesoro miceneo di Atreo della tarda età del bronzo.

Cupola rinforzata
Una cornice spaziale a singolo strato sotto forma di cupola, una cupola rinforzata è un termine generico che include nervature, Schwedler, griglia a tre vie, lamelle o Kiewitt, reticolo e cupole geodetiche. I diversi termini riflettono le diverse disposizioni nei membri di superficie. Le cupole rinforzate hanno spesso un peso molto basso e sono solitamente utilizzate per coprire campate fino a 150 metri.

Volta del chiostro
Chiamato volte a cupola (un termine a volte applicato anche alle volte a vela), cupole poligonali, cupole a cupola, cupole a cupola, cupole segmentali (un termine a volte usato anche per cupole a soffietto), volte a pannelli o volte a padiglione, sono cupole che mantengono un poligonale forma nella loro sezione trasversale orizzontale. I primi esempi conosciuti risalgono al I secolo aC, come il Tabularium di Roma del 78 aC. Altre includono le Terme di Antonino a Cartagine (145-160) e la Cappella Palatina di Aquisgrana (XIII – XIV secolo). L’esempio più famoso è la cupola ottagonale rinascimentale di Filippo Brunelleschi sul Duomo di Firenze. Thomas Jefferson, il terzo presidente degli Stati Uniti, installò una cupola ottagonale sopra il fronte occidentale della sua casa di piantagione, Monticello.

Cupola composta
Chiamate anche cupole su pennacchi o cupole pendenti (un termine applicato anche alle volte a vela), le cupole composte hanno pennacchi che sostengono una cupola di diametro più piccolo immediatamente sopra di loro, come nella Basilica di Santa Sofia, o un tamburo e cupola, come in molti Rinascimento e posta – Cupole rinascimentali, con entrambe le forme risultanti in maggiore altezza.

Cupola ad arco incrociato
Uno dei primi tipi di volta a vela, i primi esempi conosciuti si trovano nella Grande Moschea di Córdoba nel 10 ° secolo. Piuttosto che incontrarsi al centro della cupola, le costole si intersecano in modo caratteristico fuori centro, formando uno spazio poligonale vuoto al centro. La geometria è un elemento chiave dei disegni, con l’ottagono che è forse la forma più popolare utilizzata. Se gli archi sono strutturali o puramente decorativi rimane una questione di dibattito. Il tipo può avere un’origine orientale, anche se il problema è anche instabile. Esempi si trovano in Spagna, Nord Africa, Armenia, Iran, Francia e Italia.

Cupola geodetica
Le cupole geodetiche sono la parte superiore delle sfere geodetiche. Sono composti da una struttura di triangoli in un modello di poliedro. Le strutture prendono il nome dalla geodetica e sono basate su forme geometriche come icosaedri, ottaedri o tetraedri. Tali cupole possono essere create utilizzando un numero limitato di elementi e giunti semplici e risolvono in modo efficiente le forze interne di una cupola. Si dice che la loro efficienza aumenti con le dimensioni. Sebbene non siano stati inventati per la prima volta da Buckminster Fuller, sono associati a lui perché ha disegnato molte cupole geodetiche e le ha brevettate negli Stati Uniti.

Cupola emisferica
La cupola emisferica è metà di una sfera. Secondo E. Baldwin Smith, era una forma probabilmente nota agli assiri, definita dai matematici teorici greci e standardizzata dai costruttori romani.

Cupola di cipolla
Le cupole a bulbo sporgono oltre i loro diametri di base, offrendo un profilo più grande di un emisfero. Una cupola a cipolla è più grande della cupola emisferica con una cima a punta in un profilo ogee. Si trovano nel Vicino Oriente, Medio Oriente, Persia e India e potrebbero non avere un unico punto di origine. La loro apparizione nell’architettura nordica russa precede l’occupazione tatara della Russia e quindi non è facilmente spiegabile come il risultato di tale influenza. Divennero popolari nella seconda metà del XV secolo nei Paesi Bassi del Nord Europa, probabilmente ispirati ai finials dei minareti in Egitto e in Siria, e sviluppati nei secoli XVI e XVII in Olanda prima di diffondersi in Germania, diventando un popolare elemento dell’architettura barocca dell’Europa centrale. Anche le cupole a bulbo tedesco sono state influenzate dalle cupole della Russia e dell’Est europeo. Gli esempi trovati in vari stili architettonici europei sono in genere in legno. Gli esempi includono la Chiesa di Kazan a Kolomenskoye e il Padiglione di Brighton di John Nash. Nell’architettura islamica, sono tipicamente fatti in muratura, piuttosto che in legno, con la parte rigonfia e spessa che serve per sostenere la tendenza delle cupole in muratura a diffondersi alle loro basi. Il Taj Mahal è un famoso esempio.

Cupola ovale
Una cupola ovale è una cupola di forma ovale in pianta, profilo o entrambi. Il termine deriva dal latino ovum, che significa “uovo”. Le prime cupole ovali erano usate convenientemente in capanne di pietra a mensola, come coperture arrotondate ma geometricamente indefinite, ei primi esempi in Asia Minore risalgono a circa 4000 a.C. La geometria è stata infine definita utilizzando combinazioni di archi circolari, in transizione in punti di tangenza. Se i romani creavano cupole ovali, era solo in circostanze eccezionali. Le fondamenta romane del piano ovale Chiesa di San Gereone a Colonia indicano un possibile esempio. Anche le cupole nel Medioevo erano tendenzialmente circolari, anche se la chiesa di Santo Tomás de las Ollas in Spagna ha una cupola ovale sul piano ovale. Altri esempi di cupole ovali medievali possono essere trovati che coprono baie rettangolari nelle chiese. Le chiese a pianta ovale divennero una tipologia rinascimentale e popolare in stile barocco. La cupola costruita per la basilica di Vicoforte da Francesco Gallo è stata una delle più grandi e complesse mai realizzate.

Cupola parabolica
Una cupola parabolica è una struttura unica in cui lo sforzo di flessione dovuto al carico uniformemente distribuito del suo carico morto è pari a zero. Quindi è stato ampiamente utilizzato negli edifici nei tempi antichi, prima dell’avvento delle strutture composite. Tuttavia, se un punto di carico viene applicato sull’apice di una cupola parabolica, lo sforzo di flessione diventa infinito. Quindi si trova nella maggior parte delle strutture antiche, l’apice della cupola è irrigidito o la forma modificata per evitare lo stress infinito.

Vela a vela
Chiamate anche volte a vela, volte a fazzoletto, volte a crociera (un termine a volte applicato anche alle volte del chiostro), cupole pendenti (un termine che è stato applicato anche a cupole composte), volte bohemien o cupole bizantine, questo tipo può essere pensato come pendenti che, invece di limitarsi a toccarsi l’un l’altro per formare una base circolare per un tamburo o una cupola composta, continuano dolcemente la loro curvatura a formare la cupola stessa. La cupola dà l’impressione di una vela quadrata inchiodata ad ogni angolo e fluttuante verso l’alto. Questi possono anche essere pensati come cupole a disco su pennacchi.

Cupola piatta
Chiamati anche cupole segmentali (un termine a volte usato anche per i cloister vault), o calottes, questi hanno profili di meno di mezzo cerchio. Poiché riducono la porzione della cupola in tensione, queste cupole sono forti ma hanno aumentato la spinta radiale. Molte delle più grandi cupole esistenti sono di questa forma.

Le cupole in muratura in muratura, perché esistono interamente in compressione, possono essere costruite molto più sottili delle altre forme a cupola senza diventare instabili. Il compromesso tra la spinta orizzontale proporzionalmente aumentata ai loro pilastri e il loro peso ridotto e la loro quantità di materiali possono renderli più economici, ma sono più vulnerabili ai danni causati dai movimenti dei loro supporti.

Cupola dell’ombrello
Chiamate anche cupole gregate, scanalate, a canne d’organo, zucca, melone, costolette, paracadute, smerlate o lobate, si tratta di un tipo di cupola divisa alla base in segmenti curvi, che seguono la curva dell’elevazione. “Fluted” può riferirsi specificamente a questo modello come una caratteristica esterna, come era comune in Egitto mamelucco. Le “costole” di una cupola sono le linee radiali della muratura che si estendono dalla corona fino al molleggio. La cupola centrale della Basilica di Santa Sofia utilizza il metodo a coste, che ospita un anello di finestre tra le costole alla base della cupola. Anche la cupola centrale della Basilica di San Pietro usa questo metodo.

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