Cúpula geodésica

Uma cúpula geodésica é uma estrutura hemisférica de casca fina (treliça) baseada em um poliedro geodésico. Os elementos triangulares da cúpula são estruturalmente rígidos e distribuem a tensão estrutural por toda a estrutura, fazendo cúpulas geodésicas capazes de suportar cargas muito pesadas para seu tamanho.

História
O primeiro domo que poderia ser chamado de “geodésico” em todos os aspectos foi projetado após a Primeira Guerra Mundial por Walther Bauersfeld, engenheiro-chefe da empresa de óptica Carl Zeiss, para um planetário para abrigar seu projetor planetário. Uma primeira pequena cúpula foi patenteada, construída pela empresa de Dykerhoff e Wydmann no telhado da fábrica da Zeiss em Jena, na Alemanha. Uma cúpula maior, chamada “A Maravilha de Jena”, aberta ao público em julho de 1926. Cerca de 20 anos depois, R. Buckminster Fuller nomeou a cúpula “geodésica” de experimentos de campo com o artista Kenneth Snelson no Black Mountain College em 1948 e 1949 Embora Fuller não fosse o inventor original, ele é creditado com a popularização americana da idéia pela qual recebeu a patente US 2.682.235 de 29 de junho de 1954.

A cúpula geodésica apelou para Fuller porque era extremamente forte para o seu peso, sua superfície “omnitriada” forneceu uma estrutura inerentemente estável e porque uma esfera inclui o maior volume para a menor área de superfície.

A cúpula foi adotada com sucesso para usos especializados, como as 21 cúpulas da Linha Distante de Alerta Antecipada construídas no Canadá em 1956, a cúpula da Union Tank Car Company em 1958 perto de Baton Rouge, Louisiana, projetada por Thomas C. Howard da Synergetics, Inc. edifícios como as cúpulas de alumínio Kaiser (construídas em vários locais nos EUA, por exemplo, Virginia Beach, Virgínia), auditórios, observatórios meteorológicos e instalações de armazenamento. A cúpula logo quebrou recordes de superfície coberta, volume fechado e velocidade de construção.

A partir de 1954, os fuzileiros navais dos EUA experimentaram cúpulas geodésicas entregáveis ​​por helicóptero. Uma cúpula geodésica de 30 pés de madeira e plástico foi erguida e transportada por helicóptero a 50 nós sem danos, levando à fabricação de uma cúpula de magnésio padrão da Magnesium Products de Milwaukee. Os testes incluíram práticas de montagem em que fuzileiros navais, anteriormente destreinados, podiam montar uma cúpula de magnésio de 30 pés em 135 minutos, helicópteros retiravam porta-aviões e um teste de durabilidade em que uma cúpula ancorada resistia com sucesso a uma velocidade de 190 km / h. h) propulsão a hélice dos motores gêmeos de 3.000 cavalos de potência de um avião ancorado sem danos.

A cúpula foi apresentada a um público mais amplo como um pavilhão da Feira Mundial de 1964 em Nova York, projetado por Thomas C. Howard, da Synergetics, Inc. Esta cúpula é agora usada como aviário pelo zoológico de Queens em Flushing Meadows Corona Park. foi redesenhado por TC Howard da Synergetics, Inc.

Outra cúpula é da Expo 67 na Feira Mundial de Montreal, onde fazia parte do American Pavilion. A cobertura da estrutura depois queimava, mas a estrutura em si ainda permanece e, sob o nome de Biosphère, atualmente abriga um museu interpretativo sobre o rio Saint Lawrence.

Nos anos 70, a Zomeworks licenciou planos para estruturas baseadas em outros sólidos geométricos, como os sólidos Johnson, sólidos arquimedianos e sólidos catalães. Essas estruturas podem ter algumas faces que não são triangulares, sendo quadrados ou outros polígonos.

Em 1975, uma cúpula foi construída no Polo Sul, onde a resistência à neve e às cargas de vento é importante.

Em 1 de outubro de 1982, uma das cúpulas geodésicas mais famosas, a Spaceship Earth no EPCOT Center, no Walt Disney World (Bay Lake, Flórida), foi inaugurada. O edifício e o passeio dentro dele são nomeados com um dos famosos termos de Buckminster Fuller, Spaceship Earth, uma visão do mundo expressando preocupação com o uso de recursos limitados disponíveis na Terra e encorajando todos a agirem como uma equipe harmoniosa trabalhando em direção ao maior Boa. O prédio é o ícone do Epcot e também está incluído no logotipo do parque.

Em 2000, o primeiro hotel de cúpula geodésica totalmente sustentável do mundo, o EcoCamp Patagonia, foi construído na Patagônia chilena, inaugurando o ano seguinte em 2001. O design do hotel é fundamental para resistir aos fortes ventos da região e é baseado nas habitações dos povos indígenas Kaweskar. .

Métodos de construção
Cúpulas de madeira têm um buraco perfurado na largura de um suporte. Uma faixa de aço inoxidável fixa o orifício do suporte a um tubo de aço. Com este método, os suportes podem ser cortados no comprimento exato necessário. Triângulos de madeira compensada exterior são pregados aos suportes. A cúpula é enrolada de baixo para cima com várias camadas grampeadas de papel de piche, para derramar água e terminar com telhas. Esse tipo de domo é geralmente chamado de cúpula de cubo e suporte por causa do uso de cubos de aço para unir os suportes.

As cúpulas em painel são construídas de madeiras emolduradas separadamente, cobertas de compensado. Os três membros que compreendem a armação triangular são frequentemente cortados em ângulos compostos para proporcionar uma montagem plana dos vários triângulos. Furos são perfurados através dos membros em locais precisos e parafusos de aço, em seguida, conectam os triângulos para formar a cúpula. Esses membros são geralmente 2×4 ou 2x6s, o que permite mais isolamento para se encaixar no triângulo. A técnica de painéis permite que o construtor prenda a pele de compensado aos triângulos enquanto trabalha com segurança no chão ou em uma loja confortável fora do clima. Este método não requer cubos de aço caros.

Cúpulas temporárias de efeito estufa foram construídas grampeando folhas de plástico sobre uma cúpula construída a partir de vigas quadradas de uma polegada. O resultado é quente, móvel à mão em tamanhos inferiores a 20 pés e barato. Deve ser esticado no chão para evitar que seja movido pelo vento.

Estrutura de aço pode ser facilmente construída de eletroduto. Um achata o fim de um suporte e perfura buracos de parafuso ao comprimento necessário. Um único parafuso protege um vértice de suportes. As porcas são normalmente ajustadas com composto de travamento removível, ou se a cúpula é portátil, tem uma porca acastelada com um contrapino. Esta é a maneira padrão de construir domos para ginásios na selva.

As cúpulas também podem ser construídas com uma estrutura de alumínio leve, que pode ser aparafusada ou soldada ou conectada com uma conexão de ponto nodal / cubo mais flexível. Estas cúpulas são geralmente revestidas com vidro que é mantido no lugar com um coping de PVC. O coping pode ser selado com silicone para torná-lo à prova d’água. Alguns projetos também permitem que vidros duplos ou painéis isolados sejam fixados na estrutura. Isso permite que um edifício totalmente habitável seja formado.

Cúpulas de concreto e espuma-plástico geralmente começam com uma cúpula de estrutura de aço, envolto com arame de galinha e tela de arame para reforço. O arame de galinha e a tela estão amarrados ao quadro com laços de arame. Uma camada de material é então pulverizada ou moldada na armação. Os testes devem ser realizados com pequenos quadrados para obter a consistência correta de concreto ou plástico. Geralmente, várias camadas são necessárias no interior e no exterior. O último passo é saturar cúpulas de concreto ou poliéster com uma fina camada de composto epóxi para liberar água.

Algumas cúpulas de concreto foram construídas a partir de painéis de concreto pré-fabricados, protendidos e reforçados com aço, que podem ser parafusados ​​no lugar. Os parafusos estão dentro de receptáculos elevados cobertos com pequenas tampas de concreto para despejar água. Os triângulos se sobrepõem para derramar a água. Os triângulos neste método podem ser moldados em formas padronizadas em areia com padrões de madeira, mas os triângulos de concreto são geralmente tão pesados ​​que devem ser colocados com um guindaste. Esta construção é adequada para domos porque nenhum lugar permite que a água se acumule no concreto e vaze. Os fixadores de metal, juntas e estruturas internas de aço permanecem secos, evitando danos por congelamento e corrosão. O concreto resiste ao sol e ao clima. Alguma forma de piscar ou calafetagem interna deve ser colocada sobre as juntas para evitar correntes de ar. O 1961 Cinerama Dome foi construído a partir de hexágonos e pentágonos de concreto pré-moldado.

Dada a geometria complicada da cúpula geodésica, os construtores de cúpula dependem de tabelas de comprimentos de estrutura, ou “fatores de corda”. Em Geodésica Matemática e Como Usá-lo, Hugh Kenner escreve: “Tabelas de fatores de acordes, contendo como eles fazem as informações essenciais de design para sistemas esféricos, foram guardadas por muitos anos como segredos militares. Até 1966, algumas figuras de 3 icosa O Popular Science Monthly foi tudo que alguém fora do círculo de licenciados Fuller teve que continuar. ” (página 57, edição de 1976). Outras tabelas ficaram disponíveis com a publicação de Domebook 1 (1970) de Lloyd Kahn e Domebook 2 (1971).

Casas de cúpula
Fuller esperava que a cúpula geodésica ajudaria a resolver a crise imobiliária do pós-guerra. Isso foi consistente com suas esperanças anteriores para ambas as versões da Casa Dymaxion.

Cúpulas geodésicas residenciais têm tido menos sucesso do que as utilizadas para trabalho e / ou entretenimento, em grande parte devido à sua complexidade e consequente maior custo de construção. Profissionais experientes contratados por cúpula, embora difíceis de encontrar, existem e podem eliminar grande parte dos custos excedentes associados a falsos inícios e estimativas incorretas. Fuller viveu em uma cúpula geodésica em Carbondale, Illinois, na esquina da Forest com a Cherry. Fuller pensou em cúpulas residenciais como produtos entregáveis ​​ao ar fabricados por uma indústria semelhante à indústria aeroespacial. O lar de Fuller ainda existe, o R. Buckminster Fuller e Anne Hewlett Dome Home, e um grupo chamado RBF Dome NFP está tentando restaurar a cúpula e registrá-la como um marco histórico nacional. Está no registro nacional de lugares históricos.

Em 1986, uma patente para uma técnica de construção de cúpula envolvendo triângulos de poliestireno laminado para concreto armado no lado de fora e placa de parede no interior foi concedida à American Ingenuity of Rockledge, Flórida. A técnica de construção permite que as cúpulas sejam pré-fabricadas em kit e erguidas por um proprietário. Este método faz as costuras na parte mais forte da estrutura, onde as costuras e especialmente os cubos na maioria das cúpulas com estrutura de madeira são o ponto mais fraco da estrutura. Também tem a vantagem de ser à prova d’água.

Residências geodésicas com estrutura de alumínio habitável estão surgindo na Noruega e na Áustria. Em 2012, uma cúpula de alumínio e vidro foi usada como cobertura para uma casa ecológica na Noruega e, em 2013, uma casa em vidro e madeira foi construída na Áustria.

No Chile, exemplos de cúpulas geodésicas estão sendo prontamente adotados para acomodações em hotéis, como cúpulas geodésicas de estilo de tenda ou cúpulas cobertas de vidro. Exemplos: EcoCamp Patagonia, Chile; e Elqui Domos, Chile.

Desvantagens
Embora as casas de cúpula tenham desfrutado de uma onda de popularidade no final dos anos 60 e início dos anos 70, como um sistema de habitação, a cúpula tem muitas desvantagens e problemas. Um ex-defensor das casas de cúpula, Lloyd Kahn, que escreveu dois livros sobre eles (DomBook 1 e Domebook 2) e fundou a Shelter Publications, ficou desiludido com eles, chamando-os de “espertos, mas não sábios”. Ele observou as seguintes desvantagens, que ele listou no site de sua empresa: Materiais de construção prontos para uso (por exemplo, compensado, placa de fibra) normalmente vêm em formas retangulares, portanto algum material pode ter que ser desfeito após o corte de retângulos até triângulos , aumentando o custo de construção. Escapes de fogo são problemáticos; códigos exigem-los para estruturas maiores, e eles são caros. Windows em conformidade com o código pode custar de cinco a 15 vezes mais do que as janelas em casas convencionais. A fiação elétrica profissional custa mais por causa do aumento do tempo de trabalho. Mesmo as situações com o proprietário são dispendiosas, porque são necessários mais materiais para a construção de cúpulas. Expansão e particionamento também é difícil. Kahn observa que as cúpulas são difíceis, se não impossíveis, de serem construídas com materiais naturais, geralmente exigindo plásticos, etc., que são poluentes e se deterioram ao sol.

Estratificação do ar e distribuição de umidade dentro de uma cúpula são incomuns. As condições tendem a degradar rapidamente o enquadramento de madeira ou o revestimento interior. Uma empresa chamada New Age Construction, no Alabama, afirma que a adição de uma cúpula elimina a condensação de umidade que é comum nas cúpulas.

A privacidade é difícil de garantir porque uma cúpula é difícil de dividir satisfatoriamente. Sons, cheiros e até mesmo luz refletida tendem a ser transmitidos por toda a estrutura (mas, em alguns casos, isso pode ser aproveitado).

Tal como acontece com qualquer forma curva, a cúpula produz áreas de parede que podem ser difíceis de usar e deixa alguma área de piso periférico com uso restrito devido à falta de espaço livre. As formas de planos circulares não possuem a modularidade simples fornecida pelos retângulos. Os montadores e instaladores projetam com superfícies planas em mente. Colocar um sofá padrão contra uma parede externa (por exemplo) resulta em um crescente atrás do sofá sendo desperdiçado.

Os construtores de domo que usam material de revestimento de tábua cortada (comum nas décadas de 1960 e 1970) acham difícil vedar as cúpulas contra a chuva, devido às suas muitas costuras. Além disso, essas costuras podem ser estressadas porque o calor solar comum flexiona toda a estrutura a cada dia, à medida que o sol se move pelo céu. A subsequente adição de correias e acabamentos de drywall flexíveis interiores praticamente eliminou este movimento sendo notado nos acabamentos interiores.

O método de impermeabilização mais eficaz com uma cúpula de madeira é o shingle da cúpula. Tampas pontiagudas no topo da cúpula, ou para modificar as formas da cúpula são usadas onde a inclinação é insuficiente para a barreira de gelo. Cúpulas de concreto armado ou plástico de uma só peça também estão em uso, e algumas cúpulas foram construídas de plástico ou triângulos de papelão encerados que são sobrepostos de tal forma que a água é derramada.

O ex-aluno de Buckminster Fuller, J. Baldwin, insiste que não existe razão para vazar um domo bem projetado e bem construído, e que alguns projetos “não podem” vazar.

Padrões relacionados
A construção de estruturas fortes e estáveis ​​a partir de padrões de triângulos de reforço é mais comumente vista em projetos de tendas. Ele foi aplicado de forma abstrata em outros projetos industriais, mas também na ciência gerencial e nas estruturas deliberativas como uma metáfora conceitual, especialmente no trabalho de Stafford Beer, cujo método de “transmigração” é baseado especificamente no design do domo que apenas números fixos de as pessoas podem participar do processo em cada etapa de deliberação.

Maiores estruturas de cúpula geodésica
Muitas cúpulas geodésicas estão entre as maiores estruturas no mundo. De acordo com o Buckminster Fuller Institute em 2010, as 10 maiores cúpulas geodésicas do mundo por diâmetro são:

Seagaia Ocean Dome (M ー ガ ア オ シ ャ ャ ー ー ム): Miyazaki, Japão (31.9551 ° N 131.4691 ° E), 216.5 m (710 ft) – Demolida em 2017.
Nagoya Dome (ナ ゴ ヤ ド ー ム): Nagoya, Japão (35,1859 ° N 136,9474 ° E), 187,2 m (614 pés)
Domo Superior: Northern Michigan University. Marquette, Michigan, EUA (46,5603 ° N 87,3938 ° W), 163,4 m (536 pés)
Tacoma Dome: Tacoma, Washington, EUA (47,2367 ° N 122,4270 ° W), 161,5 m (530 pés)
Walkup Skydome: Northern Arizona University. Flagstaff, Arizona, EUA (35,1805 ° N 111,6529 ° W), 153 m (502 ft)
Ensphere do Vale Redondo: Springerville-Eagar, AZ, EUA (34,1204 ° N 109,2849 ° W), 134 m (440 pés)
Hangar Spruce Goose: Long Beach, Califórnia, EUA (33.7513 ° N 118.1889 ° W), 126 m (413 ft) – Agora propriedade da Carnival Cruise Line.
Instalação de Armazenamento de Plásticos Formosa: Mailiao, Taiwan (23.7921 ° N 120.1840 ° E), 122 m (400 pés) – Seis cúpulas.
Instalação de Manutenção de Tanque de União: Baton Rouge, Louisiana, EUA (30.5827 ° N 91.2344 ° W), 117 m (384 ft) – Demolida em 2007.
Instalação de Armazenamento de Cimento Portland de Lehigh: Union Bridge, Maryland, EUA (39.5590 ° N 77.1718 ° W), 114 m (374 pés)

Uma outra grande cúpula na Venezuela foi perdida na lista original do Instituto Fuller, enquanto outras duas construídas posteriormente também estão no top 10. Atualmente, várias cúpulas geodésicas são maiores que 113 m de diâmetro.
Poliedro de Caracas, Caracas, Venezuela (10.4338 ° N 66.9385 ° O), 143 m (469 ft)
Mina de San Cristóbal (MSC) Dome, município de Colcha “K”, Bolívia (21.1246 ° S 67.2096 ° O), 140 m (460 pés)
Ruwais Refinery Dome, Ruwais, Emirados Árabes Unidos (24.1459 ° N 52.7392 ° E), 135 m (443 ft)