Cupola monolitica

Una cupola monolitica (dal greco mono- e -lithic, che significa “una pietra”) è una struttura gettata in una forma monopezzo. Il modulo può essere permanente o temporaneo e può o non può rimanere parte della struttura finita. Le cupole monolitiche sono una forma di architettura monolitica.

Storia
L’igloo potrebbe essere la prima forma di cupola monolitica. Mentre è costruito con blocchi di neve compressa, questi blocchi si sciolgono e si ricongelano per formare una struttura forte e omogenea. La forma a cupola dell’igloo mostra i due principali vantaggi di una struttura a cupola: grande resistenza e buon isolamento. La forza è dovuta alla forza naturale dell’arco e l’isolamento è dovuto alla superficie minima di una sezione sferica.

La prima struttura monolitica a cupola moderna fu costruita a Provo, nello Utah e aperta nel 1963 come pista di pattinaggio sul ghiaccio. Chiamato Turtle Reams dopo la sua conversione del 1967 in un grande magazzino dal nuovo proprietario Paul Ream, l’edificio rimase in piedi fino a quando non fu demolito nel 2006 per la nuova costruzione.

Turtle Reams è stato costruito creando dapprima un cumulo di terra nella forma desiderata del guscio, una sezione ellissoidale lunga 240 piedi (73 m), larga 160 piedi (49 m) e alta 40 piedi (12 m). Il tumulo è stato quindi coperto in una griglia di tondo per cemento armato, per fornire forza, e uno strato di cemento di circa 4 pollici (100 mm) di spessore. Dopo che il calcestruzzo è stato curato, lo sporco è stato scavato attraverso le porte, lasciando il tetto in piedi al suo posto. Il pavimento è stato poi versato per completare la struttura.

Oggi, cupole monolitiche sono utilizzate in una varietà di progetti residenziali, commerciali e industriali. A causa della forza, della durabilità e dell’economia, vengono utilizzati per immagazzinare grandi quantità di merci diverse nei settori del cemento, dei fertilizzanti, dell’agricoltura, dell’energia e mineraria. A causa della loro integrità strutturale, sono usati come edifici di contenimento in alcune centrali nucleari. Le forme sono state realizzate utilizzando quasi tutti i materiali strutturali comuni compreso il tessuto supportato dalla pressione dell’aria.

Attuali metodi di costruzione
La moderna costruzione differisce in modo significativo dal metodo originale del calcestruzzo sopra la terra. I metodi attuali sono stati sviluppati da tre fratelli dell’Idaho: David, Barry e Randy South. La prima cupola costruita con questo metodo fu costruita nell’aprile del 1976 a Shelley, nell’Idaho:

Viene costruita una fondazione in cemento armato, o “ring beam”, che definisce la forma della base della struttura.
La forma del tessuto, o forma d’aria, è attaccata alla fondazione e gonfiata con un soffiatore d’aria. Il modulo aria contiene una camera di equilibrio per consentire ai lavoratori di entrare nel modulo mentre è gonfiato.
Uno strato di schiuma di poliuretano viene spruzzato all’interno della forma. (I suoi scopi sono di dare rigidità alla forma d’aria, assicurare il re-bar in posizione, fornire supporto per la spruzzatura nella miscela di calcestruzzo e isolare la struttura finale.)
Il tondo per cemento armato è fissato allo strato esterno di schiuma, utilizzando clip fissate alla schiuma.
Diversi centimetri di cemento vengono spruzzati sopra il telaio di rinforzo.
Dopo che il calcestruzzo è stato impostato, il ventilatore è spento.
La superficie esposta della forma d’aria può essere lasciata così com’è, oppure può essere applicato un trattamento superficiale come vernice, piastrella, ecc. (La corretta selezione del materiale in forma d’aria garantisce la prevenzione dal degrado a lungo termine dovuto alle radiazioni ultraviolette).
Nei casi in cui la necessità richiede una costruzione economica per più piccole abitazioni di base, la cupola può essere costruita senza isolamento e la forma d’aria può essere rimossa dopo il completamento e riutilizzata per costruire cupole aggiuntive.

durabilità
La cupola, una volta finita, è terremoto, tornado e resistente agli uragani (l’agenzia federale statunitense di gestione delle emergenze li classifica come “protezione quasi assoluta” dai tornado F5 e dagli uragani di categoria 5). Recentemente, una serie di cupole monolitiche costruite usando tecniche MDI sono sopravvissute a gravi disastri:

Diverse cupole monolitiche in Florida sono sopravvissute ai colpi diretti dell’uragano Katrina nel 2005.
Molte cupole monolitiche erano nel percorso degli incendi del 2005 e del 2006 in Oklahoma e in Texas, e sopravvissero con una leggera carbonizzazione dell’isolamento esterno in schiuma.
Nel 2003, un edificio governativo a cupola monolitica in Iraq sopravvisse a un colpo diretto di 5.000 libbre (2.300 kg). bomba. L’interno della struttura è stato completamente distrutto, ma la cupola stessa è rimasta in piedi (vedi foto).
La demolizione di Ream’s Turtle ha anche dimostrato la durabilità della struttura monolitica della cupola. Una palla da demolizione demolì una striscia di parecchi metri di larghezza attorno al perimetro della struttura, senza un crollo. Quando una porta su un lato fu abbassata, la cupola finalmente si rovesciò e crollò.

Controllo climatico
La cupola monolitica, per una serie di motivi, è molto efficiente dal punto di vista energetico. Le sezioni sferiche della cupola offrono una superficie minima per il volume che contengono, quindi c’è meno superficie per il trasferimento di calore con l’aria esterna. La costruzione monolitica della cupola monolitica elimina anche molte delle giunzioni attraverso le quali l’aria può fuoriuscire, anche se questo è mitigato in una certa misura nelle cupole residenziali con l’aggiunta di più porte e finestre. Posizionando la schiuma isolante sulla parte esterna del guscio di cemento, il calcestruzzo agisce come una massa termica all’interno dell’edificio, riducendo le fluttuazioni della temperatura interna molto più dell’isolamento della casa tradizionale all’interno di un rivestimento in mattoni o pietra.

svantaggi
Mentre la cupola monolitica presenta numerosi vantaggi ingegneristici dimostrati, vi sono anche alcuni svantaggi, sia di tipo ingegneristico che sociale.

Ingegneria
Le tecniche utilizzate nella costruzione a cupola monolitica sono molto diverse dai normali metodi di costruzione, quindi solo le squadre di costruzione appositamente addestrate sono adatte per costruire una cupola utilizzando le tecniche moderne.
Le superfici curve insite nella costruzione a cupola monolitica spesso risultano in stanze di forma strana una volta suddivise, il che può portare a uno spreco di spazio negli angoli stretti. Ci sono problemi di spazio sul pavimento sprecato a causa della curvatura del muro e problemi di montaggio dei mobili, simili a quelli delle capanne di Quonset. Questo effetto può essere minimizzato costruendo la cupola su una parete dello stelo, oppure usando un airform di forma tale da consentire pareti verticali diritte a livello del suolo.
La mancanza di cuciture della cupola monolitica potrebbe renderlo troppo ben sigillato; i deumidificatori sono richiesti in tutti tranne i climi più secchi.

Sociale
Gli svantaggi sociali delle cupole monolitiche sono in larga misura condivisi dalle cupole geodetiche, a causa della forma simile e della costruzione non ortodossa. Questi svantaggi sono:

L’aspetto radicalmente diverso delle cupole diminuisce anche l’attrattiva per il loro uso come residenze private – la base circolare standard non si adatta bene ai piccoli lotti che si trovano in molte aree, e la strana apparenza e design possono incorrere in contrasti con le convenzioni di costruzione del vicinato. A seconda della situazione, una grande varietà di variazioni disponibili dalla forma circolare standard può evitare alcuni di questi problemi.
I permessi di costruzione possono essere difficili da ottenere se i funzionari locali non hanno familiarità con la cupola monolitica.
La rivendita di una casa a cupola monolitica può essere difficile a causa del suo aspetto non convenzionale.

Record di costruzione
La più grande cupola monolitica del mondo è la casa di Faith Chapel Christian Center a Birmingham, AL, che è alta 72 piedi (22 metri) e ha un diametro di 85 metri. All’interno si trova una superficie di 74.500 piedi quadrati (6.920 m2) su due livelli.

Alcune comunità negli Stati Uniti hanno scelto di utilizzare la tecnologia a cupola monolitica nella costruzione di nuove scuole. Una mappa di scuole monolitiche a cupola di recente costruzione può essere trovata qui:

Una casa residenziale, la monolitica “Dome of a Home” a Pensacola Beach, in Florida, ha subito diversi uragani da quando è stata costruita.