Una cupola geodetica attira l’attenzione in ogni circostanza. Si distingue dalla folla di forme standard di ripari, combinando design elegante e funzionalità.
Quando la guardiamo, ci sentiamo molto spesso affascinati dalla sua forma non convenzionale, dalla sua armonia, dalla sua geometria e bellezza eccezionali.
Questo articolo si propone di offrire una panoramica della cupola geodetica, che copre l’invenzione, i vantaggi, le tecniche di costruzione e le migliori applicazioni di questa forma architettonica insolita.
Alcune delle cupole più grandi e notevoli del mondo si trovano in luoghi pubblici come giardini botanici, musei, parchi di divertimento:
Telus World of Science – Vancouver, Canada:
La serra Climatron ai Giardini Botanici del Missouri
Qual è lo scopo della cupola geodetica?
Pratici usi individuali della forma a cupola in architettura:
Quando si contano le applicazioni delle cupole più popolari, risulta che le persone utilizzano una cupola geodetica per vari scopi, a volte per un effetto sorprendente.
Tra questi si possono annoverare: le case geodetiche, le serre geodetiche, le tende geodetiche, le camere d’albergo all’aperto, i giardini d’inverno, i cottage, le stazioni termali, le baite, i bungalow, le aule all’aperto, i caffè, i negozi a tempo, gazebo, cupole yoga, le case estive a cupola, le palestre, le piscine coperte, le case di campagna, aule, studi d’arte, sale da lettura, sale da pranzo, saune.
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Quando è stata costruita la prima cupola geodetica?
Per quanto riguarda la storia, la prima cupola geodetica fu creata nel 1922 a Jena, in Germania, come superficie per il proiettore dello Zeiss Planetarium.
Qualche tempo dopo, l’architetto americano R. Buckminster Fuller sviluppò questa idea e brevettò la struttura. Da allora, le cupole geodetiche sono diventate sempre più popolari e sono oggi di grande tendenza.
I principali vantaggi dell’uso della cupola geodetica in architettura
Ci sono molte caratteristiche mistiche che vengono attribuite alle cupole, poiché sono considerate un tipo di Geometria Sacra.
Si dice che chiunque si trovi all’interno di una struttura a cupola si connetterà meglio con l’universo e l’energia cosmica e si sentirà come nel grembo materno. Si ritiene inoltre che una cupola aiuti i due emisferi cerebrali a connettersi e ad armonizzarsi meglio creando uno stato speciale di rilassamento per il cervello.
Oltre a tutti questi benefici spirituali ed energetici, ce ne sono altri molto più tangibili.
- COSTO INIZIALE INFERIORE
Una forma a cupola consente di racchiudere lo spazio massimo con la superficie minima, riducendo così i costi del materiale e dell’energia necessari per la costruzione e il sistema dell’aria condizionata.
- VENTILAZIONE ECCELLENTE
Essendo una superficie sferica, la ventilazione è eccellente. L’aria scorre continuamente dal basso verso l’alto e al centro, riducendo la proliferazione di umidità, funghi o batteri.
- ACUSTICA IMPECCABILE
L’acustica all’interno della cupola è fenomenale ed è molto apprezzata dai musicisti.
- SPAZIO INFINITO
Sensazione di spazio infinito, poiché non ci sono colonne.
- GRANDE RESISTENZA
Grande resistenza alle tempeste, ai terremoti, alla neve ed ai venti degli uragani e persino ai tornado. Questo è il motivo per cui molte sono state costruite in Antartide.
Ma cos’è esattamente una cupola geodetica? Struttura tecnica
Una sfera geodetica è una disposizione di poligoni che si avvicina a una vera sfera. Una cupola geodetica è una porzione di una sfera geodetica.
Edifici o tetti sono stati costruiti con cupole geodetiche che vanno dal 5-100% di una sfera. Le cupole utilizzate per le case sono solitamente a matrice di triangoli che formano tre o cinque ottavi di una sfera geodetica.
Le cupole geodetiche sono strutture efficienti in diversi modi. Il triangolo è una forma molto stabile.
Ad esempio, una forza applicata all’angolo di un rettangolo può deformarlo in un parallelogramma, ma la stessa forza non deformerà un triangolo.
Questo rende gli edifici a cupola geodetica altamente resistenti a forze come coperture di neve, terremoti, vento e persino tornado.
L’area superficiale di una cupola geodetica è solo il 38% della superficie di un edificio a forma di scatola che racchiude lo stesso spazio del pavimento.
C’è meno superficie esposta alle fluttuazioni della temperatura esterna, rendendo l’edificio più economico da riscaldare e raffreddare rispetto ad una struttura rettilinea. Le cupole geodetiche possono essere costruite rapidamente senza attrezzature pesanti.
Usando componenti prefabbricati, bastano poche persone per erigere la cupola per una casa di 185 metri quadrati in meno di 10 ore.
Una cupola geodetica si sostiene senza bisogno di colonne interne o pareti portanti interne. Questa proprietà rende tali strutture attraenti per l’uso come chiese, arene sportive e sale espositive.
Il fascino estetico dei soffitti alti le rende attraenti come case e i pavimenti del secondo piano, completi o parziali, sono facilmente sospesi a metà strada dal recinto senza alcun supporto se non l’attaccamento alla cupola stessa.
L’inventore della cupola geodetica
Storia dietro la creazione e la diffusione della cupola geodetica
Nel 1919, alla ricerca di un modo per costruire un planetario più grande, l’ingegnere tedesco Walter Bauersfeld decise di montare proiettori mobili all’interno di una cupola stazionaria.
Fino a quel momento, le cupole dei planetari ruotavano mentre la luce esterna entrava attraverso i fori sul guscio della cupola per simulare stelle e pianeti. Ciò limitava le dimensioni pratiche della cupola e il numero di persone che poteva contenere.
Il concetto di proiezione interna di Bauersfeld funzionerebbe in una cupola molto più grande. Il primo modello costruito era più della metà di una sfera; 16 m di diametro.
Bauersfeld ha risolto il problema di come costruire una sfera così grande approssimandola con un icosaedro (solido a 20 facce uguali a forma triangolare) e suddividendo ogni faccia in triangoli più piccoli.
Ha incorniciato i triangoli con quasi 3.500 sottili aste di ferro. Per costruire un guscio sferico su questa struttura, ha eretto una forma di legno sferica all’interno del telaio e spruzzato su una miscela di cemento pastoso.
Il guscio è stato progettato per avere lo stesso spessore proporzionale di quello di un guscio d’uovo rispetto al suo diametro, un rapporto più tardi considerato appropriato per le cupole geodetiche.
Trent’anni dopo, R. Buckminster Fuller, architetto, ingegnere, poeta e filosofo americano, inventò autonomamente un sistema strutturale simile.
Dopo la seconda guerra mondiale, Fuller ha voluto progettare alloggi economici ed efficienti che potessero essere costruiti rapidamente da componenti di serie.
Disposto a guardare al di fuori degli approcci convenzionali, Fuller ha iniziò a lavorare con forme sferiche perché racchiudono un dato spazio con una superficie minima.
Per prima cosa ha incorniciato le sfere con una rete di strisce che simile a grandi cerchi (cerchi nella sfera con i centri che coincidono); le strisce formavano triangoli mentre si incrociavano.
Chiamò il prodotto cupola geodetica perché i grandi cerchi erano conosciuti come geodetici (da una parola greca che significa divisione della terra).
Alla fine, Fuller cominciò a formare sfere da esagoni e pentagoni (come i pannelli di un pallone da calcio) e dividendoli in triangoli per dargli forza e facilità di costruzione.
Nel 1953, Fuller utilizzò il suo nuovo sistema per coprire il cortile, di 28 metri di diametro, circondato dall’edificio della sede centrale della Ford Motor Company.
L’edificio non era progettato per supportare il grande peso di una cupola tradizionale, ma la creazione di Fuller pesava il 95% in meno. Ha completato la progettazione e la costruzione in soli tre mesi.
Un palo temporaneo eretto nel centro del cortile sosteneva la cupola durante la costruzione e la struttura fu sollevata e ruotata dopo il completamento di ogni nuova sezione.
Il telaio consisteva di 12.000 puntoni in alluminio del peso di 1.700 kg che erano collegati per formare triangoli e poi sollevati in posizione e rivettati al telaio in crescita.
Quando la cupola fu completata, fu delicatamente abbassata su montature che erano state installate sull’edificio esistente. Un pannello di vetroresina trasparente è stato installato in ciascun triangolo per completare la cupola. Nel 1954, Fuller ha ricevuto un brevetto per le cupole geodetiche.
Come viene costruita una cupola geodetica?
I DIVERSI METODI DI COSTRUZIONE DELLE CUPOLE GEODETICHE
Puoi scegliere di acquistare una cupola geodetica da un’azienda che le vende o puoi scegliere di crearne una da solo.
La prima opzione è allettante perché devi specificare ciò che vuoi senza passare attraverso il problema, se esiste, di mettere su la struttura.
Quest’ultima opzione è la scelta naturale per chi ama costruire grandi cose. Daremo un’occhiata a cosa comporta la costruzione della cupola geodetica e ai diversi metodi che possono essere utilizzati.
La progettazione
Proprio come la stesura di un piano è la genesi di costruire un edificio contemporaneo, l’impostazione del progetto è l’inizio della costruzione di una cupola geodetica.
Esistono diversi progetti che possono essere utilizzati per le cupole geodetiche.
Ciò si traduce in una molteplicità di tipi di cupola geodetica. Il design più semplice è quello di un icosaedro con 20 facce a forma di triangoli equilateri.
Questi triangoli possono essere ulteriormente suddivisi in triangoli più piccoli. Altri disegni usano diversi numeri di triangoli equilateri, triangoli isosceli o entrambi.
Più triangoli generano cupole geodetiche più grandi. I programmi per computer sono spesso usati per elaborare progetti ancora più complessi di cupole geodetiche.
I montanti
I montanti si riferiscono alla serie di aste che formano la cornice di una cupola geodetica. I puntoni possono essere fatti di leghe metalliche o legno.
La lunghezza dei montanti dipende dal tipo di cupola geodetica. Esistono diversi tipi di cupole geodetiche data la complessità della rete di elementi triangolari.
Con l’aumentare della complessità degli elementi triangolari, aumenta anche il numero di classe della cupola geodetica.
Le cupole geodetiche con il numero di classe più basso di solito hanno montanti con lunghezze identiche.
Quelli con un numero di classe superiore richiedono puntoni di diversa lunghezza per assicurare il completamento di una sfera ininterrotta.
Fortunatamente, ci sono delle formule che possono essere trovate online che aiutano nel calcolo delle lunghezze dei montanti e nella determinazione dei raggi delle cupole geodetiche.
I materiali
Puoi scegliere di coprire i pannelli triangolari con legno, cartongesso, plastica o cemento. I diversi materiali generano anche diversi tipi di cupole geodetiche. L’acciaio è il materiale più comune utilizzato per realizzare i mozzi che collegano la rete di montanti.
Alcune cupole geodetiche sono realizzate con materiali riciclabili che li rendono ancora più eco-compatibili.
Assemblaggio pezzi
Prima di mettere insieme tutti i pezzi, è necessario assicurarsi che certe cose siano in ordine. Prima di tutto, i montanti dovrebbero essere di lunghezza adeguata.
In secondo luogo, le estremità dei montanti dovrebbero essere appiattite per assicurare che si trovino sullo stesso piano una volta collegate insieme. Infine, anche queste estremità appiattite dovrebbero essere leggermente piegate.
C’è una formula per determinare la curva esatta. E’ quindi possibile assemblare la cupola geodetica dal basso verso l’alto. Una volta che la struttura è stata completata, puoi coprire gli elementi triangolari usando il materiale che hai scelto tra quelli menzionati in precedenza.
Tirare su una cupola geodetica è meno scoraggiante di quanto non appaia. E’ una di quelle cose che è più facile fare che dire. Tuttavia, se costruire le cose non è il tuo forte, puoi sempre permettere alle aziende che vendono le cupole geodetiche di farlo per te.
Come costruire una cupola geodetica da solo?
Quindi come fai a costruire una cupola? Ecco un esempio del processo passo passo per la costruzione di una cupola di 5 metri di diametro:
- Selezione e taglio di legni.
- Elaborazione dei triangoli.
- Fondazione e isolamento del terreno.
- Assemblaggio della struttura.
- Rivestimento con fogli di materiale idrorepellente.
- Costruzione della struttura in ferro per l’elaborazione della porta.
- Posizionamento del pavimento e delle finestre.
TRASFORMAZIONE DELL’ICOSAEDRO IN UNA CUPOLA GEODETICA
Le cupole geodetiche sono progettate da un poliedro chiamato icosaedro, costituito da 20 triangoli equilateri.
Proiettando i bordi di questi triangoli piatti su una superficie sferica, creiamo triangoli equilateri curvi, creando così una cupola o una cupola geodetica.
Una cupola geodetica è costruita sulla base dell’unione di triangoli, che a loro volta formano pentagoni ed esagoni, così che maggiore è il numero dei triangoli (e quindi dei pentagoni ed esagoni), la dimensione di ogni figura diminuisce e la cupola diventa più sferica. Questo è chiamato ‘frequenza’.
Quale frequenza scegliere
La frequenza FQ 4: è una delle più utilizzate, perché è una mezza sfera perfetta, in modo tale che se la poggiamo su una superficie piana, tutti i bordi della sua base si appoggiano su di essa, il che evita molti problemi nella costruzione. Se uniamo due cupole FQ 4 otterremmo una sfera completa.
La frequenza FQ 3: crea una cupola che non è una mezza sfera perfetta. Se dovessimo appoggiarla su una superficie piana, solo le estremità dei bordi della sua base entrerebbero in contatto con essa, rendendo la costruzione più complessa e instabile.
La frequenza FQ 5: crea anche una semisfera perfetta, ma il numero di triangoli da produrre aumenta considerevolmente, quindi sembra interessante solo in caso di cupole grandi.
Maggiore è la frequenza, maggiore è il numero di triangoli e più solida è la struttura.
Per riassumere, ecco di nuovo i grandi benefici delle cupole geodetiche
Forma perfetta
Fuller credeva fermamente che la cupola geodetica fosse la struttura perfetta della natura. Perché questo? Semplicemente perché racchiude lo spazio maggiore con la minor quantità di materiale.
Pur rimanendo in sintonia con l’ambiente, la cupola si sostiene senza bisogno di colonne o muri interni. Lo spazio aperto che crea offre possibilità illimitate di utilizzo.
Assemblaggio veloce
Dai un’occhiata a una cupola geodetica e vedrai che assomiglia a una sfera tagliata a metà o a un emisfero.
Dai un’altra occhiata e scoprirai che è composta da una rete di triangoli. Questi supporti triangolari rimangono in uno stato di tensione permanente, rendendo la struttura quasi indistruttibile.
Oggi una cupola di 110 metri quadrati può essere costruita da 4-6 persone in meno di un giorno, mentre quelle più piccole sono assemblate in poche ore.
Sebbene in pratica non si possa mai raggiungere una sfera perfetta in architettura, possiamo avvicinarci molto ad essa e le cupole geodetiche sono frazioni quasi ideali di tale sfera.
Efficiente
Se si dovesse creare due strutture di dimensioni simili, una a forma di rettangolo e una a cupola, la seconda avrebbe il 30% di superficie in meno. Cosa significa esattamente?
Avresti bisogno di 1/3 del materiale in meno per costruirla (e sarebbe ancora più forte di una struttura rettilinea).
Ciò significa anche che risparmierai denaro sulle bollette di riscaldamento e raffreddamento a causa di un’area più piccola da riscaldare e raffreddare!
Fortissima …
Le cupole geodetiche affascinano le persone in vari modi, il più importante è la loro incredibile durata. Combinano la forza della forma ad arco con il triangolo, la forma geometrica più forte che l’uomo conosca.
Ciò che emerge da tale abbinamento è una struttura estremamente forte in grado di funzionare bene sotto carichi enormi. A causa dei loro lati fissi, i triangoli che formano la struttura di una cupola trasferiscono la forza in modo più uniforme attraverso i loro lati rispetto ad altre forme.
Si dice persino che le cupole geodetiche abbiano resistito a incendi e terremoti meglio di strutture a base rettangolare.
Le cupole sono molto leggere
Torniamo al planetario più antico del mondo per un momento (e alla prima cupola geodetica). La costruzione di Bauersfeld per la fabbrica di Zeiss doveva essere eccezionalmente leggera: la cupola doveva essere posizionata sul tetto.
Doveva anche essere abbastanza grande da adattarsi a un gran numero di spettatori, abbastanza rotonda da fornire una buona superficie per la proiezione cosmica e abbastanza forte da resistere a un tornado.
E ha fatto proprio questo. La massa d’aria che si accumula al suo interno e le forze sono distribuite uniformemente sulla sua superficie.
Ecologica
Alla luce degli effetti tangibili del riscaldamento globale, i governi escogitano leggi sempre più stringenti per far rispettare il più basso impatto ambientale possibile a qualsiasi tipo di impresa.
Le cupole sono un’ottima soluzione. I loro ingegneri edili fanno di tutto per assicurare che il loro design non lasci spazio agli errori ecologici.
Le cupole seguono quindi i principi del design eco-consapevole e si basano sull’idea di proteggere le risorse limitate della Terra.
L’obiettivo è ottimizzare il loro utilizzo senza interrompere i processi naturali del pianeta. Le cupole sono efficienti dal punto di vista energetico, realizzate con materiali riciclabili e alcune di esse non richiedono l’uso di fondamenta – tutto questo per preservare l’equilibrio naturale.
Connettono perfettamente l’architettura all’ecologia e all’ambiente, formando così un perfetto esempio di design sostenibile che lavora per l’umanità.