Le cupole costruite nel XIX e nel XX secolo hanno beneficiato di tecniche più efficienti per la produzione di ferro e acciaio e di progressi nell’analisi strutturale.

Le cupole a telaio metallico del XIX secolo spesso imitavano i primi modelli di cupole in muratura in una varietà di stili, specialmente nell’architettura delle chiese, ma erano anche usati per creare cupole di vetro sopra gallerie commerciali e serre, cupole su capannoni di locomotive e sale espositive e cupole più grandi di tutti gli altri nel mondo. La varietà di edifici a cupola, come i parlamenti e gli edifici del Campidoglio, i gasometri, gli osservatori, le biblioteche e le chiese, erano abilitati dall’uso di nervature in cemento armato, cartapesta leggera e intelaiatura triangolare.

Nel XX secolo, le cupole del planetario stimolarono l’invenzione di Walther Bauersfeld sia di gusci sottili di cemento armato che di cupole geodetiche. L’uso dell’acciaio, dei computer e dell’analisi degli elementi finiti ha permesso di allargare ancora di più. La struttura a membrana a tensione divenne popolare per gli stadi sportivi a cupola, che pure innovarono con tetti a cupola retrattili rigidi.

XIX secolo

Ferro
Nuove tecniche di produzione hanno permesso di produrre ghisa e ferro battuto sia in grandi quantità che a prezzi relativamente bassi durante la rivoluzione industriale. Il ferro era usato al posto del legno dove la resistenza al fuoco era una priorità. In Russia, che aveva grandi quantità di ferro, si possono trovare alcuni dei primi esempi dell’uso architettonico del materiale. Andrey Voronikhin costruì una grande cupola in ferro battuto sulla Cattedrale di Kazan a San Pietroburgo. Costruita tra il 1806 e il 1811, la cupola esterna della cattedrale, alta 17,7 metri, era una delle prime cupole di ferro.

Sebbene la produzione di ferro in Francia sia rimasta indietro rispetto alla Gran Bretagna, il governo era desideroso di promuovere lo sviluppo dell’industria siderurgica domestica. Nel 1808, il governo di Napoleone approvò un piano per sostituire la cupola di legno bruciata del granaio di Halle au Blé a Parigi con una cupola di ferro e vetro, il “primo esempio di metallo con vetro in una cupola”. La cupola aveva un diametro di 37 metri e usava 51 costole di ghisa per convergere su un anello di compressione in ferro battuto largo 11 metri contenente un lucernario in vetro e ferro battuto. La superficie esterna della cupola era coperta di rame, con finestre aggiuntive tagliate vicino alla base della cupola per ammettere più luce durante una modifica del 1838. Le cupole in ghisa erano particolarmente popolari in Francia.

Un primo esempio dalla Gran Bretagna è la fantasiosa cupola incorniciata di ferro sopra l’edificio centrale del Royal Pavilion di Brighton, iniziata nel 1815 da John Nash, l’architetto personale del re Giorgio IV.

Nel 1828, la torre di attraversamento orientale della Cattedrale di Magonza fu ricostruita da Georg Moller con una cupola di ferro battuto. La cupola era fatta di sezioni di ferro piatto e rinforzate con cravatte che passavano attraverso l’interno della cupola. Tale rinforzo della cupola era una delle due tecniche consolidate, l’altra era l’uso di una combinazione di anelli orizzontali e nervature verticali. Successivamente è stato rimosso a favore della struttura attuale.

La Cattedrale di Sant’Isacco, a San Pietroburgo, fu costruita nel 1842 con una delle più grandi cupole d’Europa. Una cupola in ghisa larga quasi 26 metri, aveva un design a tripla conchiglia tecnicamente avanzato con capriate in ferro che ricordano la Cattedrale di St. Paul a Londra. Ricorda anche la cupola di San Paolo e quella del Pantheon a Parigi, entrambi visitati dal designer originale, la cupola della chiesa di San Nicola a Potsdam è stata aggiunta all’edificio dal 1843 al 1849. Una cupola fu inclusa come possibilità nell’originale disegno neoclassico del 1830, ma come una costruzione in legno. Il ferro era usato invece dagli architetti successivi.

Battaglia degli stili
Lo stile neoclassico popolare in questo momento fu sfidato a metà del XIX secolo da un revival gotico in architettura, in quella che è stata definita la “Battaglia degli stili”. Questo durò dal 1840 circa all’inizio del XX secolo, con vari stili all’interno del classicismo, come rinascite rinascimentali, barocche e rococò, anche in cerca di popolarità. Gli ultimi tre decenni di questo periodo includevano combinazioni insolite di questi stili.

La British Museum Library costruì una nuova sala di lettura nel cortile del suo edificio museale tra il 1854 e il 1857. La sala rotonda, di circa 42,6 metri di diametro e ispirata al Pantheon, era sormontata da una cupola con un anello di finestre alla base e un occhio in alto. L’inquadratura di ferro nascosta sosteneva un controsoffitto in cartapesta. Una cupola in ghisa fu costruita tra il 1860 e il 1867 nella sala di lettura della Bibliothèque nationale di Parigi. Ispirata alla prestigiosa sala di lettura del British Museum, la prima cupola di ferro del Canada fu costruita nei primi anni del 1870 sopra la sala di lettura dell’edificio della Biblioteca del Parlamento ad Ottawa. A differenza della sala del British Museum, la biblioteca, inaugurata nel 1876, utilizza lo stile gotico. La cupola del Thomas Jefferson Building della Library of Congress, anch’essa ispirata alla cupola della sala di lettura del British Museum, fu costruita tra il 1889 e il 1897 in uno stile classico. È largo 100 piedi e si alza di 195 piedi sopra il pavimento su otto piloni. La cupola ha un profilo esterno relativamente basso per evitare di mettere in ombra la vicina cupola del Campidoglio degli Stati Uniti.

L’attuale cupola sul Campidoglio degli Stati Uniti, sebbene dipinta di bianco e incoronazione di un edificio in muratura, è anch’essa in ghisa. La cupola fu costruita tra il 1855 e il 1866, sostituendo una cupola inferiore in legno con copertura in rame del 1824. Ha un diametro di 30 metri. Fu completato solo due anni dopo il vecchio tribunale della contea di St. Louis, che ha la prima cupola in ghisa costruita negli Stati Uniti. Il progetto iniziale della cupola del Campidoglio fu influenzato da una serie di cupole delle chiese europee, in particolare da St. Paul a Londra, da San Pietro a Roma, dal Pantheon a Parigi, da Les Invalides a Parigi e dalla Cattedrale di Sant’Isacco a San Pietroburgo. L’architetto Thomas U. Walter progettò un interno a doppia cupola basato su quello del Panthéon di Parigi. La costruzione di una cupola per gli edifici del Campidoglio e dei tribunali della contea negli Stati Uniti fiorì nel periodo tra la guerra civile americana e la prima guerra mondiale. Molte cappelle americane furono costruite nel tardo XIX secolo o all’inizio del XX secolo in stile rinascimentale americano. rotonde aperte al pubblico come spazi commemorativi. Gli esempi includono l’Indiana State House, il Texas State Capitol e il Wisconsin State Capitol.

La cupola sulla Basilica di San Gaudenzio (iniziata nel 1577) a Novara, in Italia, fu costruita tra il 1844 e il 1880. Le revisioni dell’architetto durante la costruzione trasformarono quello che inizialmente sarebbe stato un tamburo, una cupola emisferica e una lanterna di 42,22 metri di altezza in una struttura con due tamburi sovrapposti, una cupola ogivale e una guglia alta trenta metri che raggiunge i 117,5 metri. L’architetto, Alessandro Antonelli, che ha anche costruito la Mole Antonelliana a Torino, ha unito le forme neoclassiche con l’enfasi verticale dello stile gotico.

Il Palazzo del Reichstag, costruito tra il 1883 e il 1893 per ospitare il Parlamento del nuovo impero tedesco, comprendeva una cupola fatta di ferro e vetro come parte della sua insolita mescolanza di elementi rinascimentali e barocchi. Controverso, la cupola alta 74 metri era alta sette metri più della cupola del palazzo imperiale della città, attirando critiche dal Kaiser Guglielmo II.

L’edificio del Parlamento ungherese è stato costruito in stile gotico, sebbene la maggior parte delle voci del concorso di design del 1882 usassero il Neo-Rinascimento e comprendesse una sala centrale a cupola. La grande cupola a forma di uovo a coste sormontata da una guglia fu influenzata dalla cupola della chiesa Maria vom Siege a Vienna. Ha un guscio esterno a sedici lati con uno scheletro di ferro che sale a 96 metri di altezza, e una volta a stella di conchiglia interna sostenuta su sedici pilastri di pietra. La Dome Hall è utilizzata per mostrare la corona dell’incoronazione dell’Ungheria e statuario di monarchi e statisti. La cupola fu strutturalmente completata alla fine del 1895.

Altri sviluppi
Lo storicismo del 19 ° secolo ha portato a molte cupole di essere ri-traduzioni delle grandi cupole del passato, piuttosto che ulteriori sviluppi stilistici, in particolare nell’architettura sacra. Escludendo cupole che imitavano semplicemente la muratura a più gusci, lo sviluppo principale del secolo della semplice forma a cupola può essere una cupola con struttura metallica come la cupola ellittica della Royal Albert Hall di Londra (57-67 metri di diametro) e la cupola circolare di Halle au Blé a Parigi.

La pratica di costruire cupole rotanti per l’alloggiamento di grandi telescopi fu iniziata nel 19 ° secolo, con i primi esempi di cartapesta per ridurre il peso.

Le cupole di vetro uniche che salivano direttamente dal livello del suolo venivano usate per serre e giardini d’inverno, come la casa delle palme a Kew (1844-48) e il giardino d’inverno di Laeken vicino a Bruxelles (1875-1876). Elaborati centri commerciali coperti, come la Galleria Vittorio Emanuele II a Milano e la Galleria Umberto I a Napoli, includevano grandi cupole smaltate ai loro incroci trasversali.

La cupola più grande del mondo fu costruita nel 1881-1882 sul cortile circolare del Devonshire Royal Hospital in Inghilterra con un diametro di 156 piedi. Le grandi cupole del 19 ° secolo comprendevano anche edifici espositivi e strutture funzionali come i gasometri e le tettoie delle locomotive. La “prima cupola con telaio completamente triangolare” fu costruita a Berlino nel 1863 da Johann Wilhelm Schwedler in un gasometro per l’Imperial Continental Gas Association e, all’inizio del XX secolo, cupole a telaio similmente triangolate erano diventate abbastanza comuni. Vladimir Shukhov fu anche uno dei primi pionieri di quelle che in seguito sarebbero state chiamate strutture a griglia e nel 1897 le impiegò in padiglioni espositivi a cupola all’Esposizione Industriale e Artistica di Russia.

Sebbene le cupole realizzate interamente in cemento armato non fossero state costruite prima del 1900, la chiesa di Saint-Jean-de-Montmartre fu progettata da Anatole de Baudot con una cupola a conchiglia in mattoni con nervature in cemento armato.

Secondo Irene Giustina, la costruzione della cupola fu uno dei problemi architettonici più impegnativi almeno fino alla fine del XIX secolo, a causa della mancanza di conoscenza della statica.

XX secolo
Mattonelle di Guastavino
Tra la fine del XIX secolo e l’inizio del XX secolo, la famiglia Guastavino, una squadra di padre e figlio che lavorava nella costa orientale degli Stati Uniti, sviluppò ulteriormente la cupola in muratura. Hanno perfezionato una tecnica tradizionale spagnola e italiana per la volta leggera senza centro, utilizzando strati di piastrelle in un set di cemento a presa rapida appiattito contro la superficie della curva, piuttosto che perpendicolare ad esso. Il padre, Rafael Guastavino, ha innovato l’uso del cemento Portland come malta, piuttosto che le tradizionali malte di calce e gesso, che hanno consentito l’uso di barre di acciaio dolce per contrastare le forze di tensione. Il suo uso del recente sviluppo della grafica statica gli ha permesso di progettare e costruire cupole funicolari economiche con uno spessore minimo e senza impalcature. I caveau erano in genere spessi 3 pollici e gli operai, in piedi sulle porzioni completate, usavano semplici modelli, fili e archi per allineare il loro lavoro.

La famiglia ha costruito volte in centinaia di edifici, tra cui le cupole della Basilica di San Lorenzo ad Asheville, nella Carolina del Nord, e la chiesa cattolica romana di San Francesco di Sales a Filadelfia, in Pennsylvania. La cupola sull’attraversamento della Cattedrale di St. John the Divine a New York fu costruita dal figlio nel 1909. Una cupola parzialmente sferica, misura 30 metri di diametro dalla cima dei suoi pendenti che si uniscono, dove le barre di acciaio incorporano in atto concreto come anello restrittivo. Con uno spessore medio di 1/250 ° della sua campata, e barre di acciaio incorporate all’interno dei pennacchi, la cupola “non vedeva l’ora di una moderna costruzione a conchiglia in cemento armato”.

Acciaio e cemento
Le cupole costruite con acciaio e cemento sono state in grado di raggiungere campate molto grandi. Il West Baden Springs Hotel nell’Indiana è stato costruito nel 1903 con la cupola più grande del mondo a 200 piedi. La sua pelle di metallo e vetro era sostenuta da tralicci di acciaio appoggiati su rulli metallici per consentire l’espansione e la contrazione dai cambiamenti di temperatura. E ‘stato superato in tutta la sua lunghezza dalla Sala del Centenario di Max Berg. La cupola del 1911 della sala di lettura della biblioteca pubblica di Melbourne, presumibilmente ispirata al British Museum, aveva un diametro di 31,5 metri ed era per un breve periodo la più ampia cupola in cemento armato del mondo fino al completamento della Sala del Centenario. La Sala del Centenario fu costruita con cemento armato a Breslavia, in Germania (oggi Polonia), dal 1911 al 1313 per commemorare il centenario della rivolta contro Napoleone. Con una cupola centrale larga 213 metri circondata da anelli a gradini di finestre verticali, era l’edificio più grande del suo genere al mondo. Altri esempi di cupole a nervature realizzate interamente in cemento armato includono la Sala Metodista di Westminster, Londra, la Sinagoga di Augusta e il Teatro Orpheum di Bochum. Il mercato coperto del 1928 a Lipsia di Deschinger e Ritter era caratterizzato da due cupole larghe 82 metri.

Il sottile involucro a cupola fu ulteriormente sviluppato con la costruzione di due cupole a Jena, in Germania, nei primi anni ’20. Per costruire una cupola rigida per planetari, Walther Bauersfeld costruì una struttura triangolare di barre di acciaio leggero e maglia con una cassaforma a cupola sospesa al di sotto di essa. Spruzzando un sottile strato di cemento sia sulla cassaforma che sul telaio, ha creato una cupola larga 16 metri che aveva uno spessore di soli 30 millimetri. La seconda cupola era ancora più sottile a 40 metri di larghezza e 60 millimetri di spessore. Questi sono generalmente considerati i primi gusci sottili architettonici moderni. Queste sono anche considerate le prime cupole geodetiche. Iniziando con uno per il Deutsches Museum di Monaco di Baviera, nel 1930 sono stati costruiti in Europa 15 planetari a cupola con proiettili in calcestruzzo larghi fino a 30 metri, e quell’anno l’Adler Planetarium di Chicago è diventato il primo planetario ad aprire nell’emisfero occidentale.

L’ingegnere-architetto spagnolo Eduardo Torroja, con Manuel Sanchez, progettò il mercato coperto ad Algeciras, in Spagna, con una sottile cupola in cemento a guscio. Costruita tra il 1933 e il 1934, la cupola poco profonda misura 48 metri di larghezza, 9 centimetri di spessore e è sostenuta in punti attorno al suo perimetro. Divulgato da un articolo del 1955 sull’opera di Félix Candela in Messico, i gusci architettonici hanno avuto il loro apice negli anni ’50 e ’60, raggiungendo un picco di popolarità poco prima dell’adozione diffusa dei computer e del metodo degli elementi finiti dell’analisi strutturale. Notevoli esempi di cupole includono il Kresge Auditorium del MIT, che ha un guscio sferico largo 49 metri e uno spessore di 89 millimetri, e il Palazzetto dello Sport, con una cupola larga 59 metri progettata da Pier Luigi Nervi. I primi esempi utilizzavano una trave di bordatura relativamente spessa per stabilizzare i bordi esposti. Tecniche di stabilizzazione alternative includono l’aggiunta di una piega a questi bordi per irrigidirli o aumentare lo spessore del guscio stesso ai bordi e vicino ai supporti.

Cupole geodetiche
Strutturalmente, le cupole geodetiche sono anche considerate gusci quando i carichi sono sostenuti dai poligoni di superficie, come nella Kaiser Dome, ma sono considerati strutture a griglia spaziale quando i carichi sono sostenuti da membri punto-punto. Sebbene i primi esempi fossero stati costruiti 25 anni prima da Walther Bauersfeld, il termine “cupole geodetiche” fu coniato da Buckminster Fuller, che ricevette un brevetto per loro nel 1954. Le cupole geodetiche sono state usate per custodie radar, serre, abitazioni e stazioni meteorologiche .

I primi esempi negli Stati Uniti includono una cupola larga 53 piedi per la Ford Rotunda nel 1953 e una cupola di 384 piedi di diametro per l’impianto di Baton Rouge della Union Tank Car Company nel 1958, la più grande struttura a mondo in quel momento. Il padiglione degli Stati Uniti all’Expo 67 a Montreal, Quebec, Canada, era circondato da una cupola di 76,5 metri di larghezza e 60 metri di altezza, fatta di tubi di acciaio e pannelli acrilici. È usato oggi come centro di monitoraggio dell’acqua. Altri esempi includono la stazione del Polo Sud Amundsen-Scott, utilizzata dal 1975 al 2003, e l’Eden Project nel Regno Unito, costruito nel 2000.

Tensione e membrane
Le cupole Tensegrity, brevettate da Buckminster Fuller nel 1962 da un concetto di Kenneth Snelson, sono strutture a membrana costituite da capriate radiali realizzate con cavi d’acciaio sotto tensione con tubi verticali in acciaio che diffondono i cavi nella forma a traliccio. Sono stati fatti circolare, ellittico e altre forme per coprire gli stadi dalla Corea alla Florida. Mentre le prime cupole a membrana permanenti sostenute dall’aria erano le cupole radar progettate e costruite da Walter Bird dopo la seconda guerra mondiale, la struttura a membrana temporanea progettata da David Geiger per coprire il padiglione degli Stati Uniti all’Expo ’70 era una pietra miliare. La soluzione di Geiger per una riduzione del 90% del budget per il progetto del padiglione era un “tetto a basso profilo con isolamento per il cavo, che utilizzava un anello di compressione perimetrale superellittico”. Il suo costo molto basso ha portato allo sviluppo di versioni permanenti con fibra di vetro rivestita in teflon e in 15 anni la maggior parte degli stadi a cupola in tutto il mondo ha utilizzato questo sistema, incluso il Silverdome a Pontiac, nel Michigan. I cavi di contenimento di tali cupole sono disposti in diagonale per evitare che il perimetro di cedimento si verifichi con una griglia standard.

La progettazione delle membrane di tensione è dipesa dai computer e la crescente disponibilità di computer potenti ha portato a molti sviluppi negli ultimi tre decenni del XX secolo. Le deflazioni meteorologiche di alcuni tetti sostenuti dall’aria hanno portato David Geiger a sviluppare un tipo modificato, il più rigido “Cabledome”, che incorporava le idee di Fuller di tensioni e aspension piuttosto che essere sostenute dall’aria. L’effetto pieghettato visto in alcune di queste cupole è il risultato di cavi radiali più bassi che si estendono tra quelli che formano tralicci per mantenere la membrana in tensione. Il sistema a membrana leggera utilizzato è costituito da quattro strati: fibra di vetro impermeabile all’esterno, isolamento, barriera al vapore, quindi uno strato di isolamento acustico. Questo è abbastanza semitrasparente per soddisfare la maggior parte delle esigenze di illuminazione diurna sotto la cupola. I primi esempi di grandi dimensioni sono stati due Seoul, Corea del Sud, arene sportive costruite nel 1986 per le Olimpiadi, una di 93 metri di larghezza e l’altra di 120 metri di larghezza. Il Georgia Dome, costruito nel 1992 su un piano ovale, utilizza invece un modello triangolare in un sistema brevettato come “Tenstar Dome”. Il Millennium Dome è stato completato come la più grande cupola di cavi al mondo con un diametro di 320 metri e utilizza un diverso sistema di supporto della membrana, con cavi che si estendono dai 12 alberi che penetrano nella membrana. La prima cupola del cavo per usare pannelli rigidi in acciaio come copertura invece di una membrana traslucida fu iniziata per un centro sportivo nel North Carolina nel 1994.

Cupole e stadi a scomparsa
La maggiore spesa delle cupole rigide a campata larga li rendeva relativamente rari, anche se i pannelli a spostamento rigido sono il sistema più popolare per gli stadi sportivi con copertura retrattile. Con un’estensione di 126 metri, la Civic Arena di Pittsburgh presentava la più grande cupola retrattile al mondo quando fu completata per la Civic Light Opera della città nel 1961. Sei delle sue otto sezioni potevano ruotare dietro le altre due in tre minuti, e nel 1967 divenne il sede della squadra di hockey di Pittsburgh Penguins.

Il primo stadio da baseball a cupola, l’Astrodome di Houston, in Texas, fu completato nel 1965 con una cupola di acciaio rigida di 641 piedi riempita con 4.596 lucernari. Altri primi esempi di cupole rigide dello stadio includono il telaio in acciaio Superdome di New Orleans e il cemento Kingdome di Seattle. L’Ericsson Globe di Stoccolma del 1989, un’arena per l’hockey su ghiaccio, si guadagnò il titolo di più grande edificio emisferico del mondo con un diametro di 110 metri e un’altezza di 85 metri.

Lo stadio olimpico di Montreal prevedeva un tetto a membrana retrattile nel 1988, anche se la ripetuta lacerazione ha portato alla sua sostituzione con un tetto non retrattile. Lo SkyDome di Toronto ha aperto nel 1989 con un sistema rigido in quattro parti: una fissa, due scorrevoli orizzontalmente e una che ruota lungo il bordo della larghezza di 213 metri. In Giappone, la cupola di Fukuoka del 1993 presentava una cupola di 222 metri in tre parti, due delle quali ruotate sotto la terza. Ōita Stadium è stato costruito nel 2001 come un tetto semi-sferico per lo più fisso con una larghezza di 274 metri e due grandi pannelli ricoperti di membrana che possono scorrere dal centro verso i lati opposti.

Ventunesimo secolo
La varietà di cupole moderne su stadi sportivi, sale espositive e auditorium è stata resa possibile dallo sviluppo di materiali come acciaio, cemento armato e plastica. I loro usi sui grandi magazzini e sui “futuristici video-ologrammi per l’intrattenimento” sfruttano una varietà di materiali non tradizionali.