Una cupola geodetica è una struttura emisferica a guscio sottile (reticolo-guscio) basata su un poliedro geodetico. Gli elementi triangolari della cupola sono strutturalmente rigidi e distribuiscono lo stress strutturale in tutta la struttura, rendendo le cupole geodetiche in grado di sopportare carichi molto pesanti per le loro dimensioni.

Storia
La prima cupola che si potrebbe definire “geodetica” sotto ogni aspetto fu progettata dopo la prima guerra mondiale da Walther Bauersfeld, capo ingegnere della società ottica Carl Zeiss, per un planetario che ospitasse il suo proiettore planetario. Una prima, piccola cupola è stata brevettata, costruita dalla ditta di Dykerhoff e Wydmann sul tetto dello stabilimento Zeiss di Jena, in Germania. Una cupola più grande, chiamata “The Wonder of Jena”, fu aperta al pubblico nel luglio 1926. Circa 20 anni dopo, R. Buckminster Fuller chiamò la cupola “geodetica” dagli esperimenti sul campo con l’artista Kenneth Snelson al Black Mountain College nel 1948 e 1949 Sebbene Fuller non sia stato l’inventore originale, è accreditato con la divulgazione americana dell’idea per la quale ha ricevuto il brevetto USA 2.682.235 29 giugno 1954.

La cupola geodetica piaceva a Fuller perché era estremamente forte per il suo peso, la sua superficie “omnitriangolata” forniva una struttura intrinsecamente stabile e perché una sfera racchiude il volume più grande per la superficie minima.

La cupola fu adottata con successo per usi speciali, come le 21 cupole Distant Early Warning Line costruite in Canada nel 1956, la cupola del 1958 Union Tank Car Company vicino a Baton Rouge, in Louisiana, progettata da Thomas C. Howard di Synergetics, Inc. e specialità edifici come le cupole Kaiser in alluminio (costruite in numerose località degli Stati Uniti, ad esempio, Virginia Beach, Virginia), auditorium, osservatori meteorologici e strutture di stoccaggio. La cupola ha presto infranto i record per superficie coperta, volume chiuso e velocità di costruzione.

A partire dal 1954, i marines statunitensi hanno sperimentato cupole geodetiche distribuibili da elicotteri. Una cupola geodetica in legno e plastica di 30 piedi è stata sollevata e portata in elicottero a 50 nodi senza danni, portando alla produzione di una cupola in magnesio standard prodotta da Magnesio Products di Milwaukee. I test comprendevano pratiche di assemblaggio in cui Marines precedentemente inesperti erano in grado di montare una cupola di magnesio di 30 piedi in 135 minuti, l’elicottero solleva le portaerei e un test di durata in cui una cupola ancorata riusciva a resistere a 120 miglia all’ora (190 km / h) esplosione dell’elica dai motori gemelli da 3.000 cavalli di un velivolo ancorato senza danni.

La cupola è stata presentata a un pubblico più ampio come padiglione per la World’s Fair del 1964 a New York progettata da Thomas C. Howard di Synergetics, Inc. Questa cupola è ora utilizzata come voliera dallo zoo del Queens a Flushing Meadows Corona Park dopo di essa è stato riprogettato da TC Howard di Synergetics, Inc.

Un’altra cupola è da Expo 67 alla Fiera mondiale di Montreal, dove faceva parte del padiglione americano. Il rivestimento della struttura in seguito bruciato, ma la struttura stessa si erge ancora e, sotto il nome di Biosphère, attualmente ospita un museo interpretativo del fiume Saint Lawrence.

Negli anni ’70, Zomeworks autorizzò piani per strutture basate su altri solidi geometrici, come i solidi di Johnson, i solidi di Archimede ei solidi catalani. Queste strutture possono avere alcune facce che non sono triangolari, che sono quadrati o altri poligoni.

Nel 1975, una cupola fu costruita al Polo Sud, dove la sua resistenza alla neve e ai carichi del vento è importante.

Il 1 ° ottobre 1982, una delle più famose cupole geodetiche, Spaceship Earth presso il Centro EPCOT a Walt Disney World (Bay Lake, Florida), ha aperto. L’edificio e la cavalcata al suo interno prendono il nome da uno dei termini famosi di Buckminster Fuller, Spaceship Earth, una visione del mondo che esprime preoccupazione per l’uso di risorse limitate disponibili sulla Terra e incoraggia tutti a comportarsi come un equipaggio armonioso che lavora verso il più grande bene. L’edificio è l’icona di Epcot ed è anche incluso nel logo del parco.

Nel 2000, il primo hotel al mondo completamente ecosostenibile a cupola geodesica, EcoCamp Patagonia, è stato costruito in Patagonia cilena aprendo l’anno successivo nel 2001. Il design della cupola dell’hotel è la chiave per resistere ai forti venti della regione e si basa sulle abitazioni degli indigeni Kaweskar .

Metodi di costruzione
Le cupole di legno hanno un foro praticato nella larghezza di un montante. Una fascia in acciaio inossidabile blocca il foro del montante su un tubo di acciaio. Con questo metodo, i montanti possono essere tagliati alla lunghezza esatta necessaria. Triangoli di compensato esterno vengono quindi inchiodati ai montanti. La cupola è avvolta dal basso verso l’alto con diversi strati di carta catramata, per gettare acqua e finire con le tegole. Questo tipo di cupola è spesso chiamato una cupola mozzo-and-strut a causa dell’uso di mozzi in acciaio per legare insieme i montanti.

Le cupole pannellate sono costruite con legni incorniciati separatamente rivestiti in compensato. I tre membri che comprendono la struttura triangolare sono spesso tagliati ad angoli composti per fornire un raccordo piatto dei vari triangoli. I fori vengono perforati attraverso i membri in posizioni precise e bulloni d’acciaio, quindi collegare i triangoli per formare la cupola. Questi membri sono spesso 2×4 o 2×6, che consentono un maggiore isolamento per adattarsi all’interno del triangolo. La tecnica pannellata consente al costruttore di attaccare la pelle di compensato ai triangoli mentre lavora in sicurezza sul terreno o in un negozio confortevole in caso di maltempo. Questo metodo non richiede costosi hub in acciaio.

Le cupole provvisorie a effetto serra sono state costruite con la graffatura di teli di plastica su una cupola costruita da travi quadrate di un pollice. Il risultato è caldo, mobile a mano in dimensioni inferiori a 20 piedi, ed economico. Dovrebbe essere impalettato al suolo per evitare che venga mosso dal vento.

La struttura in acciaio può essere facilmente costruita con un condotto elettrico. Si appiattisce l’estremità di un montante e si praticano fori di bulloni alla lunghezza necessaria. Un singolo bullone protegge un vertice di montanti. I dadi sono solitamente fissati con un composto di bloccaggio rimovibile o, se la cupola è portatile, hanno un dado a corona con una coppiglia. Questo è il modo standard per costruire cupole per le palestre della giungla.

Le cupole possono anche essere costruite con un telaio in alluminio leggero che può essere imbullonato o saldato insieme o può essere collegato con una connessione snodo / hub più flessibile. Queste cupole sono solitamente rivestite con vetro che viene tenuto in posizione con una cappetta in PVC. La cappetta può essere sigillata con silicone per renderla impermeabile. Alcuni modelli consentono anche di fissare doppi vetri o pannelli isolanti nella struttura. Ciò consente di costruire un edificio completamente abitabile.

Le cupole in cemento e plastica espansa generalmente iniziano con una cupola con struttura in acciaio, avvolta con filo di pollo e schermo per rinforzo. Il filo di pollo e lo schermo sono legati al telaio con delle fascette. Una mano di materiale viene quindi spruzzata o stampata sul telaio. I test dovrebbero essere eseguiti con piccoli quadrati per ottenere la giusta consistenza di cemento o plastica. Generalmente sono necessarie più mani all’interno e all’esterno. L’ultimo passo è quello di saturare le cupole in cemento o poliestere con uno strato sottile di composto epossidico per eliminare l’acqua.

Alcune cupole in cemento sono state costruite con pannelli prefabbricati in calcestruzzo armato precompresso, che possono essere fissati con bulloni. I bulloni sono all’interno di contenitori sollevati coperti da tappi di cemento per gettare acqua. I triangoli si sovrappongono per gettare acqua. I triangoli in questo metodo possono essere modellati in forme modellate in sabbia con motivi in ​​legno, ma i triangoli in cemento sono solitamente così pesanti che devono essere posizionati con una gru. Questa costruzione si adatta bene alle cupole perché nessun posto consente all’acqua di depositarsi sul cemento e fuoriuscire. Le chiusure metalliche, i giunti e i telai interni in acciaio rimangono asciutti, evitando danni da gelo e corrosione. Il calcestruzzo resiste al sole e agli agenti atmosferici. Alcune forme di intermittenza interna o calafataggio devono essere posizionate sopra le giunture per evitare correnti d’aria. La Cinerama Dome del 1963 fu costruita con esagoni e pentagoni in calcestruzzo prefabbricato.

Data la complicata geometria della cupola geodetica, i costruttori di cupole si basano su tabelle di lunghezze di montanti o “fattori di corda”. In Geodesic Math e How to Use It, Hugh Kenner scrive: “Le tabelle dei fattori degli accordi, che contengono le informazioni progettuali essenziali per i sistemi sferici, sono state per molti anni custodite come segreti militari. Popular Science Monthly era tutto fuori dalla cerchia dei licenziatari Fuller che dovevano andare avanti. ” (pagina 57, edizione 1976). Altri tavoli divennero disponibili con la pubblicazione di Lloyd Kahn’s Domebook 1 (1970) e Domebook 2 (1971).

Case a cupola
Fuller sperava che la cupola geodetica avrebbe aiutato ad affrontare la crisi degli alloggi del dopoguerra. Ciò era coerente con le sue precedenti speranze per entrambe le versioni della Dymaxion House.

Le cupole geodetiche residenziali hanno avuto meno successo di quelle utilizzate per il lavoro e / o l’intrattenimento, in gran parte a causa della loro complessità e dei conseguenti maggiori costi di costruzione. Gli appaltatori professionisti esperti della cupola, anche se difficili da trovare, esistono e possono eliminare gran parte dei costi superati associati a false partenze e stime errate. Fuller stesso viveva in una cupola geodetica a Carbondale, nell’Illinois, all’angolo tra Forest e Cherry. Pieni pensavano alle cupole residenziali come prodotti da trasporto aereo fabbricati da un’industria aerospaziale. La casa dome di Fuller esiste ancora, la R. Buckminster Fuller e Anne Hewlett Dome Home, e un gruppo chiamato RBF Dome NFP sta tentando di ripristinare la cupola e di averla registrata come monumento storico nazionale. È sul registro nazionale dei luoghi storici.

Nel 1986, un brevetto per una tecnica di costruzione a cupola comprendente triangoli di polistirene laminati al cemento armato all’esterno e un pannello interno all’interno fu assegnato a American Ingenuity di Rockledge, in Florida. La tecnica di costruzione consente di prefabbricare le cupole in kit ed erette da un proprietario di casa. Questo metodo rende le cuciture nella parte più forte della struttura, dove le cuciture e soprattutto i mozzi nella maggior parte delle cupole con telaio in legno sono il punto più debole della struttura. Ha anche il vantaggio di essere a tenuta stagna.

Nuove case a cupola geodetica in alluminio con telaio in alluminio stanno emergendo in Norvegia e in Austria. Nel 2012, una cupola di alluminio e vetro è stata utilizzata come copertura a cupola per una casa ecologica in Norvegia e nel 2013 è stata costruita in Austria una casa a cupola rivestita di vetro e legno.

In Cile, esempi di cupole geodetiche vengono prontamente adottati per sistemazioni alberghiere come cupole geodetiche in stile tenda o cupole ricoperte di vetro. Esempi: EcoCamp Patagonia, Cile; e Elqui Domos, Cile.

svantaggi
Sebbene le case a cupola godessero di un’ondata di popolarità tra la fine degli anni ’60 e l’inizio degli anni ’70, come sistema di alloggi, la cupola ha molti svantaggi e problemi. Un ex sostenitore delle case a cupola, Lloyd Kahn, che ha scritto due libri su di loro (Domebook 1 e Domebook 2) e fondato Shelter Publications, è rimasto deluso da loro, definendoli “intelligenti ma non saggi”. Ha notato i seguenti svantaggi, che ha elencato sul sito web della sua azienda: i materiali da costruzione standard (ad esempio, compensato, pannelli a trefoli) normalmente sono di forma rettangolare, quindi alcuni materiali potrebbero dover essere rottamati dopo aver tagliato i rettangoli fino ai triangoli , aumentando il costo di costruzione. Le uscite di sicurezza sono problematiche; i codici li richiedono per strutture più grandi e sono costosi. Windows conforme al codice può costare da cinque a 15 volte tanto quanto Windows nelle case convenzionali. Il cablaggio elettrico professionale costa di più a causa del maggior tempo di lavoro. Anche le situazioni cablate dal proprietario sono costose, perché per la costruzione della cupola sono necessari più materiali specifici. Anche l’espansione e il partizionamento sono difficili. Kahn nota che le cupole sono difficili, se non impossibili, da costruire con materiali naturali, generalmente richiedono plastica, ecc., Che sono inquinanti e si deteriorano alla luce del sole.

La stratificazione dell’aria e la distribuzione dell’umidità all’interno di una cupola sono inusuali. Le condizioni tendono a degradare rapidamente l’inquadratura in legno o la pannellatura interna. Una società chiamata New Age Construction in Alabama sostiene che l’aggiunta di una cupola elimina la condensa dell’umidità che è comune nelle cupole.

La privacy è difficile da garantire perché una cupola è difficile da partizionare in modo soddisfacente. Suoni, odori e persino luce riflessa tendono a essere trasmessi attraverso l’intera struttura (ma in alcuni casi questo può essere usato a vantaggio).

Come con qualsiasi forma curva, la cupola produce aree di parete che possono essere difficili da usare e lascia alcune aree del pavimento periferiche con uso limitato a causa della mancanza di spazio per la testa. Le forme del piano circolare sono prive della semplice modularità fornita dai rettangoli. Design di mobili e installatori con superfici piane in mente. Posizionando un divano standard contro un muro esterno (ad esempio) si ottiene una mezzaluna dietro il divano che viene sprecato.

I costruttori di dame che utilizzano materiali per guaine del tagliere (comuni negli anni ’60 e ’70) hanno difficoltà a sigillare le cupole contro la pioggia, a causa delle loro numerose cuciture. Inoltre, queste cuciture possono essere stressate perché il calore solare ordinario flette l’intera struttura ogni giorno mentre il sole si muove attraverso il cielo. L’aggiunta successiva di cinghie e finiture interne in cartongesso flessibile ha virtualmente eliminato questo movimento notato nelle finiture interne.

Il metodo più efficace di impermeabilizzazione con una cupola di legno è scandire la cupola. Cappucci con visiera nella parte superiore della cupola, o per modificare le forme della cupola vengono utilizzati dove la pendenza è insufficiente per barriera di ghiaccio. Sono in uso anche cupole in cemento armato o plastica di un pezzo, e alcune cupole sono state costruite con triangoli di cartone plastico o cerato che sono sovrapposti in modo da gettare acqua.

L’ex studente di Buckminster Fuller J. Baldwin insiste sul fatto che non esiste alcuna ragione per una cupola progettata correttamente, ben costruita, e che alcuni progetti “non possono” trapelare.

Modelli correlati
La costruzione di strutture forti e stabili con modelli di triangoli di rinforzo è più comunemente vista nel design di tende. È stato applicato in astratto in altri progetti industriali, ma anche nella scienza manageriale e nelle strutture deliberative come metafora concettuale, specialmente nel lavoro di Stafford Beer, il cui metodo di “trasmigrazione” si basa in modo specifico sul design della cupola che solo numeri fissi di le persone possono prendere parte al processo in ogni fase della deliberazione.

Le più grandi strutture a cupola geodetica
Molte cupole geodetiche sono tra le più grandi strutture a cielo aperto del mondo. Secondo il Buckminster Fuller Institute nel 2010, le 10 più grandi cupole geodetiche del mondo per diametro sono:

Seagaia Ocean Dome: Miyazaki, Giappone (31.9551 ° N 131.4691 ° E), 216.5 m (710 ft) – Demolito nel 2017.
Nagoya Dome (ナ ゴ ヤ ド ド ム): Nagoya, Giappone (35.1859 ° N 136.9474 ° E), 187.2 m (614 piedi)
Superior Dome: Northern Michigan University. Marquette, Michigan, USA (46.5603 ° N 87.3938 ° W), 163.4 m (536 ft)
Tacoma Dome: Tacoma, Washington, USA (47.2367 ° N 122.4270 ° O), 161.5 m (530 ft)
Walkup Skydome: Northern Arizona University. Flagstaff, Arizona, USA (35.1805 ° N 111.6529 ° W), 153 m (502 ft)
Round Valley Ensphere: Springerville-Eagar, AZ, USA (34.1204 ° N 109.2849 ° O), 134 m (440 ft)
Antico capannone in abete rosso: Long Beach, California, USA (33.7513 ° N 118.1889 ° O), 126 m (413 ft) – Ora di proprietà della Carnival Cruise Line.
Impianto di stoccaggio di materie plastiche Formosa: Mailiao, Taiwan (23.7921 ° N 120.1840 ° E), 122 m (400 ft) – Sei cupole.
Facilità di manutenzione di un’autocisterna: Baton Rouge, Louisiana, USA (30.5827 ° N 91.2344 ° O), 117 m (384 ft) – Demolita nel 2007.
Impianto di deposito di cemento di Lehigh Portland: Union Bridge, Maryland, USA (39.5590 ° N 77.1718 ° W), 114 m (374 ft)

Un altra grande cupola in Venezuela è stata persa nella lista originale di Fuller Institute, mentre altri due costruiti più tardi sono ora anche nella top 10. Attualmente, diverse cupole geodetiche hanno un diametro superiore a 113 m.
Poliedro de Caracas (“Caracas Polyhedron Arena”), Caracas, Venezuela (10.4338 ° N 66.9385 ° O), 143 m (469 ft)
Duomo di San Cristóbal (MSC), Colcha “K”, Bolivia (21.1246 ° S 67.2096 ° O), 140 m (460 ft)
Ruwais Refinery Dome, Ruwais, Emirati Arabi Uniti (24.1459 ° N 52.7392 ° E), 135 m (443 ft)