Cúpula geodésica

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Una cúpula geodésica es una estructura de capa delgada hemisférica (capa reticular) basada en un poliedro geodésico . Los elementos triangulares rígidos de la cúpula distribuyen la tensión por toda la estructura, lo que hace que las cúpulas geodésicas puedan soportar cargas muy pesadas para su tamaño.

La primera cúpula geodésica fue diseñada después de la Primera Guerra Mundial por Walther Bauersfeld , ^[1] ingeniero jefe de Carl Zeiss Jena , una empresa óptica, para un planetario en el que albergar su proyector planetario. Una pequeña cúpula inicial fue patentada y construida por la firma Dykerhoff y Wydmann en el techo de Carl Zeiss Werke en Jena , Alemania . Una cúpula más grande, llamada "La Maravilla de Jena", se abrió al público en julio de 1926. ^[2]

Veinte años después, Buckminster Fuller acuñó el término "geodésica" a partir de experimentos de campo con el artista Kenneth Snelson en el Black Mountain College en 1948 y 1949. Aunque Fuller no fue el inventor original, se le atribuye la popularización de la idea en Estados Unidos, por la que recibió la patente estadounidense 2682235A el 29 de junio de 1954. ^[3] La cúpula más antigua que se conserva construida por el propio Fuller se encuentra en Woods Hole, Massachusetts , y fue construida por estudiantes bajo su tutela durante tres semanas en 1953. ^[4]

La cúpula geodésica atrajo a Fuller porque era extremadamente fuerte para su peso, su superficie "omnitriangulada" proporcionaba una estructura inherentemente estable y porque una esfera encierra el mayor volumen con la menor área de superficie.

La cúpula se adoptó con éxito para usos especializados, como las 21 cúpulas de la Línea de Advertencia Temprana Distante construidas en Canadá en 1956, ^[5] la cúpula de la Union Tank Car Company de 1958 cerca de Baton Rouge, Luisiana , diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. y edificios especiales como las cúpulas de aluminio Kaiser (construidas en numerosos lugares de los EE. UU., por ejemplo, Virginia Beach, Virginia ), auditorios, observatorios meteorológicos e instalaciones de almacenamiento. La cúpula pronto rompió récords de superficie cubierta, volumen cerrado y velocidad de construcción.

A partir de 1954, los marines estadounidenses experimentaron con domos geodésicos que se podían transportar en helicóptero . Un domo geodésico de madera y plástico de 30 pies fue levantado y transportado en helicóptero a 50 nudos sin sufrir daños, lo que llevó a la fabricación de un domo de magnesio estándar por parte de Magnesium Products de Milwaukee. Las pruebas incluyeron prácticas de montaje en las que marines sin formación previa pudieron ensamblar un domo de magnesio de 30 pies en 135 minutos, despegues en helicóptero de portaaviones y una prueba de durabilidad en la que un domo anclado resistió con éxito y sin sufrir daños una explosión de hélice de 120 mph (190 km/h) durante un día de duración de los dos motores de 3000 caballos de fuerza de un avión anclado. ^[6]

El Gold Dome de 1958 en Oklahoma City, Oklahoma, utilizó el diseño de Fuller para su uso como edificio bancario. Otro ejemplo temprano fue el Stepan Center de la Universidad de Notre Dame , construido en 1962. ^[7]

La cúpula se presentó a un público más amplio como pabellón para la Feria Mundial de Nueva York de 1964, diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. Esta cúpula ahora se utiliza como aviario en el Zoológico de Queens en Flushing Meadows Corona Park . ^[8]

Otra cúpula es de la Expo 67 de la Feria Mundial de Montreal , donde formó parte del Pabellón de Estados Unidos. La cubierta de la estructura se quemó más tarde, pero la estructura en sí sigue en pie y, bajo el nombre de Biosphère , actualmente alberga un museo interpretativo sobre el río San Lorenzo .

En la década de 1970, Zomeworks licenció planos para estructuras basadas en otros sólidos geométricos, como los sólidos de Johnson , los sólidos de Arquímedes y los sólidos de Catalan . ^[9] Estas estructuras pueden tener algunas caras que no sean triangulares, siendo cuadrados u otros polígonos.

En 1975 se construyó una cúpula en el Polo Sur , donde su resistencia a las cargas de nieve y viento era importante.

El 1 de octubre de 1982 se inauguró una de las cúpulas geodésicas más famosas, Spaceship Earth en Epcot en Walt Disney World Resort en Bay Lake , Florida , en las afueras de Orlando . El edificio y la atracción que se encuentra en su interior llevan el nombre de uno de los famosos términos de Buckminster Fuller, Spaceship Earth , una visión del mundo que expresa preocupación por el uso de los recursos limitados disponibles en la Tierra y alienta a todos los que están en ella a actuar como una tripulación armoniosa que trabaja por el bien común. El edificio es el ícono de Epcot y representa a todo el parque.

Para la Feria Mundial de 1986 (Expo 86) , celebrada en Vancouver , el arquitecto jefe de la Expo, Bruno Freschi, diseñó una cúpula geodésica inspirada en Buckminster Fuller para que sirviera como Centro de Exposiciones de la feria. La construcción comenzó en 1984 y se completó a principios de 1985. La cúpula y el edificio ahora sirven como centro de arte, ciencia y tecnología, y se ha denominado Science World . ^[10]

En el año 2000 se construyó el primer hotel domo geodésico totalmente sustentable del mundo, EcoCamp Patagonia, en el Parque Nacional Kawésqar, en la Patagonia chilena , ^[11] y se inauguró al año siguiente, en 2001. El diseño del domo del hotel es clave para resistir los fuertes vientos de la región y se basa en las viviendas del pueblo indígena Kaweskar . Los domos geodésicos también se están volviendo populares como unidades de glamping (campamento glamuroso).

Las cúpulas de madera tienen un orificio perforado en el ancho de un puntal . Una banda de acero inoxidable fija el orificio del puntal a un tubo de acero. Con este método, los puntales se pueden cortar a la longitud exacta necesaria. Luego, se clavan triángulos de madera contrachapada exterior a los puntales. La cúpula se envuelve de abajo a arriba con varias capas grapadas de papel alquitranado para repeler el agua y se termina con tejas. Este tipo de cúpula a menudo se denomina cúpula de eje y puntal debido al uso de ejes de acero para unir los puntales.

Las cúpulas con paneles se construyen con vigas enmarcadas por separado cubiertas de madera contrachapada. Los tres elementos que componen el marco triangular suelen cortarse en ángulos compuestos para proporcionar un ajuste plano de los diversos triángulos. Se perforan agujeros a través de los elementos en ubicaciones precisas y luego se conectan los triángulos con pernos de acero para formar la cúpula. Estos elementos suelen ser de 2x4 o 2x6, lo que permite que quepa más aislamiento dentro del triángulo. La técnica de los paneles permite al constructor fijar la capa de madera contrachapada a los triángulos mientras trabaja de forma segura en el suelo o en un taller cómodo y protegido de la intemperie. Este método no requiere costosos cubos de acero.

Se puede construir fácilmente una estructura de acero con conductos eléctricos. Se aplana el extremo de un puntal y se perforan los orificios para los pernos a la longitud necesaria. Un solo perno asegura un vértice de los puntales. Las tuercas se colocan generalmente con un compuesto de bloqueo removible o, si la cúpula es portátil, tienen una tuerca almenada con un pasador de chaveta . Esta es la forma estándar de construir cúpulas para gimnasios de jungla .

Las cúpulas también se pueden construir con un marco de aluminio ligero que se puede atornillar o soldar o se puede conectar con una conexión de punto nodal o eje más flexible. Estas cúpulas suelen estar revestidas de vidrio que se mantiene en su lugar con una cubierta de PVC , que se puede sellar con silicona para que sea impermeable. Algunos diseños permiten la instalación de doble acristalamiento o de paneles aislantes en el marco.

Las cúpulas de hormigón y de espuma plástica generalmente comienzan con una estructura de acero, envuelta con malla de alambre y malla de alambre como refuerzo. La malla de alambre y la malla se atan a la estructura con bridas de alambre. Luego se rocía o moldea una capa de material sobre el marco. Se deben realizar pruebas con cuadrados pequeños para lograr la consistencia correcta de hormigón o plástico. Por lo general, se necesitan varias capas en el interior y el exterior. El último paso es saturar las cúpulas de hormigón o poliéster con una capa fina de compuesto epoxi para eliminar el agua.

Algunas cúpulas de hormigón se han construido a partir de paneles de hormigón prefabricados, pretensados ​​y reforzados con acero que se pueden atornillar en su lugar. Los pernos se encuentran dentro de receptáculos elevados cubiertos con pequeñas tapas de hormigón para eliminar el agua. Los triángulos se superponen para eliminar el agua. Los triángulos en este método se pueden moldear en formas estampadas en arena con patrones de madera, pero los triángulos de hormigón suelen ser tan pesados ​​que deben colocarse con una grúa. Esta construcción es muy adecuada para las cúpulas porque ningún lugar permite que el agua se acumule en el hormigón y se filtre. Los sujetadores de metal, las juntas y los marcos de acero internos permanecen secos, lo que evita los daños por heladas y corrosión. El hormigón resiste el sol y la intemperie. Se debe colocar algún tipo de tapajuntas o calafateo interno sobre las juntas para evitar corrientes de aire. La Cúpula Cinerama de 1963 se construyó a partir de hexágonos y pentágonos de hormigón prefabricado .

En la actualidad, las cúpulas se pueden imprimir a gran velocidad mediante "impresoras 3D" móviles de gran tamaño, también conocidas como máquinas de fabricación aditiva. El material utilizado como filamento suele ser una forma de hormigón inyectado con aire o espuma plástica de celdas cerradas.

Dada la complicada geometría de la cúpula geodésica, los constructores de cúpulas se basan en tablas de longitudes de puntal o "factores de cuerda". En Geodesic Math and How to Use It (Matemática geodésica y cómo usarla) , Hugh Kenner escribió: "Las tablas de factores de cuerda, que contienen la información de diseño esencial para sistemas esféricos, se guardaron durante muchos años como secretos militares. En 1966, unas 3 ν icosa de Popular Science Monthly eran todo lo que cualquiera fuera del círculo de licenciatarios de Fuller tenía para seguir". (página 57, edición de 1976). Otras tablas estuvieron disponibles con la publicación de Domebook 1 (1970) y Domebook 2 (1971) de Lloyd Kahn .

Fuller esperaba que la cúpula geodésica ayudara a resolver la crisis de vivienda de la posguerra, lo que coincidía con sus esperanzas previas para ambas versiones de la Casa Dymaxion .

Las cúpulas geodésicas residenciales han tenido menos éxito que las utilizadas para trabajar y/o entretenerse, en gran medida debido a su complejidad y los consiguientes mayores costos de construcción. Los contratistas de cúpulas profesionales con experiencia, aunque difíciles de encontrar, existen y pueden eliminar gran parte de los sobrecostos asociados con los falsos comienzos y las estimaciones incorrectas. El propio Fuller vivió en una cúpula geodésica en Carbondale, Illinois , en la esquina de Forest Ave y Cherry St. ^[12] Fuller pensaba en las cúpulas residenciales como productos que se pueden entregar por aire fabricados por una industria similar a la aeroespacial. La propia casa de cúpula de Fuller todavía existe, la R. Buckminster Fuller y Anne Hewlett Dome Home , y un grupo llamado RBF Dome NFP está intentando restaurar la cúpula y registrarla como Monumento Histórico Nacional . Está en el Registro Nacional de Lugares Históricos .

En 1986, se otorgó a American Ingenuity de Rockledge, Florida, una patente para una técnica de construcción de cúpulas que implicaba triángulos de poliestireno laminados sobre hormigón armado en el exterior y paneles de yeso en el interior. La técnica de construcción permite que las cúpulas se prefabrican en forma de kit y las monta el propietario de la vivienda. Este método convierte las juntas en la parte más resistente de la estructura, mientras que las juntas y, especialmente, los ejes en la mayoría de las cúpulas con armazón de madera son el punto más débil de la estructura. También tiene la ventaja de ser hermético.

En Europa se han construido otros ejemplos. En 2012, se utilizó una cúpula de aluminio y vidrio como cubierta de una casa ecológica en Noruega ^[13] y en 2013 se construyó una casa con cúpula revestida de vidrio y madera en Austria ^{[14] .}

En Chile, se están adoptando con facilidad ejemplos de domos geodésicos para el alojamiento en hoteles, ya sea como domos geodésicos con forma de carpa o domos cubiertos de vidrio. Ejemplos: EcoCamp Patagonia, Chile; ^[15] y Elqui Domos, Chile. ^[16]

Aunque las casas domo gozaron de una gran popularidad a finales de los años 1960 y principios de los 1970, como sistema de vivienda, la cúpula tiene muchas desventajas y problemas. Un ex defensor de las casas domo, Lloyd Kahn , que escribió dos libros sobre ellas ( Domebook 1 y Domebook 2 ) y fundó Shelter Publications, se desilusionó con ellas, llamándolas "inteligentes pero no sabias". Señaló las siguientes desventajas, que ha enumerado en el sitio web de su empresa: Los materiales de construcción estándar (por ejemplo, madera contrachapada, tableros de virutas) normalmente vienen en formas rectangulares, por lo tanto, es posible que haya que desechar algo de material después de cortar los rectángulos en triángulos, lo que aumenta el costo de la construcción. Las salidas de incendios son problemáticas; los códigos las exigen para estructuras más grandes y son caras. Las ventanas que cumplen con el código pueden costar entre cinco y quince veces más que las ventanas de las casas convencionales. El cableado eléctrico profesional cuesta más debido al aumento del tiempo de mano de obra. Incluso las situaciones de cableado del propietario son costosas, porque se requiere una mayor cantidad de ciertos materiales para la construcción de la cúpula. La ampliación y compartimentación también son difíciles. Kahn señala que es difícil, si no imposible, construir domos con materiales naturales, ya que generalmente se necesitan plásticos, etc., que son contaminantes y se deterioran con la luz solar.

La estratificación del aire y la distribución de la humedad dentro de una cúpula son inusuales. Las condiciones tienden a degradar rápidamente la estructura de madera o los paneles interiores.

Es difícil garantizar la privacidad porque es difícil dividir satisfactoriamente una cúpula. Los sonidos, los olores e incluso la luz reflejada tienden a transmitirse por toda la estructura.

Como ocurre con cualquier forma curva, la cúpula genera zonas de pared que pueden resultar difíciles de utilizar y deja una zona periférica del suelo con un uso restringido debido a la falta de altura libre. Las formas de planta circulares carecen de la modularidad sencilla que proporcionan los rectángulos. Los instaladores y los decoradores diseñan teniendo en cuenta las superficies planas. Si se coloca un sofá estándar contra una pared exterior (por ejemplo), se desperdicia una medialuna detrás del sofá.

A los constructores de domos que utilizan material de revestimiento de tableros cortados (común en los años 1960 y 1970) les resulta difícil sellar los domos contra la lluvia, debido a sus numerosas juntas. Además, estas juntas pueden sufrir tensión porque el calor solar normal flexiona toda la estructura cada día a medida que el sol se mueve por el cielo. La posterior incorporación de correas y acabados interiores de paneles de yeso flexibles ha eliminado prácticamente este movimiento que se percibe en los acabados interiores.

El método de impermeabilización más eficaz para una cúpula de madera es revestirla con tejas. En los casos en que la pendiente no es suficiente para crear una barrera contra el hielo, se utilizan tapas puntiagudas en la parte superior de la cúpula o se modifican las formas de la cúpula. También se utilizan cúpulas de hormigón armado de una sola pieza o de plástico , y algunas cúpulas se han construido con triángulos de plástico o cartón encerado que se superponen de tal manera que repelen el agua.

J. Baldwin, ex alumno de Buckminster Fuller, insistió en que no existe ninguna razón para que una cúpula bien diseñada y bien construida tenga fugas, y que algunos diseños "no pueden" tener fugas. ^[17]

La construcción de estructuras muy fuertes y estables a partir de patrones de triángulos de refuerzo es un ejemplo muy común en el diseño de tiendas de campaña . Se ha aplicado de forma abstracta en otros diseños industriales , pero también en la ciencia de la gestión y en las estructuras deliberativas como metáfora conceptual , especialmente en el trabajo de Stafford Beer , cuyo método de "transmigración" se basa tan específicamente en el diseño de cúpulas que solo un número fijo de personas puede participar en el proceso en cada etapa de deliberación .

Según Guinness World Records, al 30 de mayo de 2021, ^[18] el Jeddah Super Dome , Yeddah , Arabia Saudita ( 21°44′59″N 39°09′06″E / 21.7496403, -39.1516230 ), 210 m (690 pies) es el domo geodésico más grande actual.

Según el Instituto Buckminster Fuller en 2010, ^[19] las 10 cúpulas geodésicas más grandes del mundo por diámetro en ese momento eran:

• Seagaia Ocean Dome (シーガイアオーシャンドーム): Miyazaki , Japón ( 31°57′18″N 131°28′09″E / 31.9551°N 131.4691°E / 31.9551; 131.4691 ), 216,5 m (710 pies) ^{[ 19]} — Demolido en 2017.
• Nagoya Dome (ナゴヤドーム): Nagoya , Japón ( 35°11′09″N 136°56′51″E / 35.1859°N 136.9474°E / 35.1859; 136.9474 ), 187,2 m (614 pies) ^[19]
• Cúpula Superior : Northern Michigan University . Marquette, Michigan , EE. UU. ( 46°33′37″N 87°23′38″O / 46.5603, -87.3938 ), 163,4 m (536 pies) ^[20]
• Tacoma Dome : Tacoma, Washington , EE. UU. ( 47°14′12″N 122°25′37″O / 47.2367, -122.4270 ), 161,5 m (530 pies)
• Walkup Skydome : Universidad del Norte de Arizona . Flagstaff, Arizona , EE. UU. ( 35°10′50″N 111°39′10″O / 35.1805, -111.6529 ), 153 m (502 pies) ^[21]
• Round Valley Ensphere : Springerville - Eagar, AZ , EE. UU. ( 34°07′13″N 109°17′06″O / 34.1204, -109.2849 ), 134 m (440 pies)
• Antiguo hangar de Spruce Goose : Long Beach, California , EE. UU. ( 33°45′05″N 118°11′20″O / 33.7513, -118.1889 ), 126 m (413 pies) — posteriormente propiedad de Carnival Cruise Line y Google .
• Instalación de almacenamiento de plásticos de Formosa : Mailiao , Taiwán ( 23°48′03″N 120°11′41″E / 23.8007, -120.1947 ), 122 m (400 pies) — Once domos.
• Instalación de mantenimiento de vagones cisterna de la Unión : Baton Rouge, Luisiana , EE. UU. ( 30°34′58″N 91°14′04″O / 30.5827, -91.2344 ), 117 m (384 pies) — Demolida en 2007.
• Instalación de almacenamiento de cemento Portland de Lehigh : Union Bridge, Maryland , EE. UU. ( 39°33′32″N 77°10′18″O / 39.5590, -77.1718 ), 114 m (374 pies)

La lista del Instituto Fuller ya está desactualizada. Varias cúpulas importantes que no se encontraron o que se construyeron más tarde se encuentran ahora entre las 10 primeras. Actualmente, muchas cúpulas geodésicas tienen un diámetro superior a los 113 metros (371 pies). ^[22]

• Poliedro de Caracas ("Arena Poliedro de Caracas"), Caracas , Venezuela ( 10°26′02″N 66°56′19″W / 10.4338°N 66.9385°W / 10.4338; -66.9385 ), 143 m (469 pies) ^[23]
• Domo de la mina San Cristóbal (MSC), Municipio Colcha "K" , Bolivia ( 21°07′29″S 67°12′35″O / 21.1246, -67.2096 ), 140 m (460 ft) ^[24]
• Cúpula de la refinería de Ruwais , Ruwais , Emiratos Árabes Unidos ( 24°08′45″N 52°44′21″E / 24.1459, -52.7392 ), 135 m (443 ft) ^[22]

• Cuadrícula geodésica  : cuadrícula espacial basada en un poliedro geodésico
• Cúpula de ojo de mosca
• Esfera de Hoberman  : Estructura que se asemeja a una cúpula geodésica

• Preguntas frecuentes sobre domos geodésicos de R. Buckminster Fuller
• Notas de domo geodésico: Se presentan 57 variantes de domo (de 1 V a 10 V) de varios sólidos (icosa, cubo, octa, etc.)
• Artículo sobre Eden Domes (archivo PDF 5,1 MB)
• Cúpulas geodésicas de TE Dorozinski
• Una cúpula metageodésica, hecha de cuadrados en lugar de triángulos, por F. Tuczek
• Cúpulas del desierto, recursos sobre la creación de cúpulas