cúpula geodésica

Una cúpula geodésica es una estructura hemisférica de cáscara delgada (enrejada) basada en un poliedro geodésico . Los elementos triangulares rígidos de la cúpula distribuyen la tensión por toda la estructura, lo que permite que las cúpulas geodésicas soporten 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 que albergara su proyector de planetario. Una cúpula inicial, pequeña, 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", abrió al público el 18 de julio de 1926. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Veinte años después, Buckminster Fuller acuñó el término "geodésico" a partir de experimentos de campo con el artista Kenneth Snelson en 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 cual recibió la patente estadounidense 2682235A el 29 de junio de 1954. ^{[ 4 ]} 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. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

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

La cúpula se adoptó con éxito para usos especializados, como las 21 cúpulas de la Línea de Alerta Temprana a Distancia construidas en Canadá en 1956, ^{[ 7 ]} 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 especializados como las cúpulas de Kaiser Aluminum (construidas en numerosos lugares de los EE. UU., por ejemplo, Virginia Beach, Virginia ), auditorios, observatorios meteorológicos e instalaciones de almacenamiento. La cúpula pronto batió récords de superficie cubierta, volumen encerrado y velocidad de construcción.

A partir de 1954, los Marines de EE. UU. experimentaron con domos geodésicos transportables por helicóptero . Un domo geodésico de madera y plástico de 9,1 metros (30 pies) fue elevado y transportado por helicóptero a 93 kilómetros por hora (50 nudos) sin sufrir daños, lo que llevó a la fabricación de un domo estándar de magnesio por Magnesium Products de Milwaukee. Las pruebas incluyeron prácticas de ensamblaje en las que Marines sin entrenamiento previo pudieron ensamblar un domo de magnesio de 9,1 metros (30 pies) en 135 minutos, lanzamientos desde portaaviones y una prueba de durabilidad en la que un domo anclado resistió con éxito, sin sufrir daños, una explosión de hélice de 190 km/h (120 mph ) durante todo el día, proveniente de los dos motores de 3000 caballos de fuerza de un avión anclado. ^{[ 8 ]}     

El Gold Dome de 1958 en Oklahoma City, Oklahoma, utilizó el diseño de Fuller para un edificio bancario. Otro ejemplo temprano fue el Stepan Center en la Universidad de Notre Dame , construido en 1962. ^{[ 9 ]}

La cúpula se dio a conocer a un público más amplio como pabellón de la Feria Mundial de Nueva York de 1964, diseñada por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. Actualmente, esta cúpula se utiliza como aviario en el zoológico de Queens, en Flushing Meadows Corona Park . ^{[ 10 ]}

Otra cúpula proviene de la Expo 67 de la Feria Mundial de Montreal , donde formó parte del Pabellón Americano. La cubierta de la estructura se incendió posteriormente, pero la estructura en sí aún se mantiene en pie y, bajo el nombre de Biosphère , alberga actualmente un museo interpretativo sobre el río San Lorenzo .

En la década de 1970, Zomeworks otorgó licencias para planos de estructuras basadas en otros sólidos geométricos, como los sólidos de Johnson , los sólidos de Arquímedes y los sólidos de Catalan . ^{[ 11 ]} Estas estructuras pueden tener algunas caras que no son triangulares, siendo cuadradas u otros polígonos.

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

El 1 de octubre de 1982, se inauguró Spaceship Earth , una de las cúpulas geodésicas más famosas de Epcot , en el complejo Walt Disney World Resort de Bay Lake , Florida , a las afueras de Orlando . Tanto el edificio como la atracción que alberga reciben su nombre de una de las famosas expresiones de Buckminster Fuller: « Spaceship Earth» (Nave Espacial Tierra) , una visión del mundo que expresa preocupación por el uso de los recursos limitados de la Tierra y anima a todos sus habitantes a trabajar en armonía por el bien común. El edificio es el símbolo de Epcot y representa a todo el parque.

Para la Exposición Universal 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. La construcción comenzó en 1984 y finalizó a principios de 1985. La cúpula y el edificio ahora funcionan como centro de arte, ciencia y tecnología, y se denomina Science World . ^{[ 12 ]}

En el año 2000, se construyó en el Parque Nacional Kawésqar , en la Patagonia chilena , el primer hotel domo geodésico totalmente sostenible del mundo, EcoCamp Patagonia , ^{[ 13 ]} que abrió sus puertas al año siguiente, en 2001. El diseño del domo del hotel es fundamental para resistir los fuertes vientos de la región y se basa en las viviendas del pueblo indígena Kawéskar . Los geodomos también se están popularizando como alojamiento de glamping (camping de lujo).

Las cúpulas de madera tienen un orificio perforado a lo 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 para exteriores a los puntales. La cúpula se recubre de abajo hacia arriba con varias capas de papel alquitranado grapadas para repeler el agua y se termina con tejas. Este tipo de cúpula se suele llamar cúpula de buje y puntal debido al uso de bujes de acero para unir los puntales.

Las cúpulas con paneles se construyen con vigas de madera independientes recubiertas de contrachapado. Los tres elementos que componen la estructura triangular suelen cortarse en ángulos compuestos para asegurar un ajuste perfecto de los triángulos. Se perforan agujeros en los elementos en puntos precisos y se unen los triángulos con pernos de acero para formar la cúpula. Estos elementos suelen ser de 2x4 o 2x6 pulgadas, lo que permite incorporar más aislamiento dentro del triángulo. La técnica de paneles permite al constructor fijar el revestimiento de contrachapado a los triángulos trabajando de forma segura en el suelo o en un taller protegido de la intemperie. Este método no requiere costosos conectores de acero.

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

Las cúpulas también pueden construirse con una estructura ligera de aluminio que se puede atornillar, soldar o conectar mediante un sistema de unión más flexible. Estas cúpulas suelen estar revestidas de vidrio, fijado con un perfil de PVC que se sella con silicona para garantizar su estanqueidad. Algunos diseños permiten la instalación de doble acristalamiento o paneles aislantes en la estructura.

Las cúpulas de hormigón y espuma plástica generalmente comienzan con una estructura de acero, recubierta con malla metálica y rejilla para refuerzo. La malla y la rejilla se fijan a la estructura con bridas. A continuación, se aplica una capa de material mediante pulverización o moldeo sobre la estructura. Se deben realizar pruebas con pequeñas muestras cuadradas para lograr la consistencia adecuada del hormigón o el plástico. Por lo general, se requieren varias capas tanto en el interior como en el exterior. El último paso consiste en saturar las cúpulas de hormigón o poliéster con una fina capa de compuesto epoxi para repeler el agua.

Algunas cúpulas de hormigón se han construido con paneles prefabricados de hormigón armado pretensado que se atornillan en su lugar. Los pernos se encuentran dentro de receptáculos elevados cubiertos con pequeñas tapas de hormigón para evacuar el agua. Los triángulos se superponen para evacuar el agua. En este método, los triángulos se pueden moldear en encofrados 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 cúpulas porque no hay ningún lugar donde el agua se acumule en el hormigón y se filtre. Los sujetadores metálicos, las juntas y los marcos internos de acero permanecen secos, lo que previene daños por heladas y corrosión. El hormigón resiste el sol y la intemperie. Se debe colocar algún tipo de sellador o calafateo interno sobre las juntas para evitar corrientes de aire. La Cúpula Cinerama de 1963 se construyó con hexágonos y pentágonos de hormigón prefabricado .

Ahora es posible imprimir cúpulas a gran velocidad utilizando impresoras 3D móviles de gran tamaño, también conocidas como máquinas de fabricación aditiva. El material utilizado como filamento suele ser hormigón inyectado con aire o espuma plástica de celda cerrada.

Dada la compleja geometría de la cúpula geodésica, los constructores de cúpulas se basan en tablas de longitudes de puntales, o "factores de cuerda". En Geodesic Math and How to Use It , Hugh Kenner escribió: "Las tablas de factores de cuerda, que contienen la información de diseño esencial para sistemas esféricos, se mantuvieron durante muchos años como secretos militares. Incluso en 1966, unas pocas figuras de 3ν icosa de Popular Science Monthly eran todo lo que tenía cualquiera fuera del círculo de licenciatarios de Fuller" (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 paliar la crisis de vivienda de la posguerra. Esto coincidía con sus expectativas previas para ambas versiones de la Casa Dymaxion .

Las cúpulas geodésicas residenciales han tenido menos éxito que las utilizadas para trabajar y/o entretenerse, principalmente debido a su complejidad y los consiguientes mayores costos de construcción. Si bien es difícil encontrar contratistas de cúpulas profesionales y experimentados, existen y pueden eliminar gran parte de los sobrecostos asociados con falsos comienzos y estimaciones incorrectas. El propio Fuller vivió en una cúpula geodésica en Carbondale, Illinois , en la esquina de Forest Ave y Cherry St. ^{[ 14 ]} Fuller pensaba en las cúpulas residenciales como productos transportables por aire fabricados por una industria similar a la aeroespacial. La propia casa cúpula de Fuller todavía existe, la Casa Cúpula R. Buckminster Fuller y Anne Hewlett , 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, la empresa American Ingenuity de Rockledge, Florida, obtuvo una patente para una técnica de construcción de cúpulas que utilizaba triángulos de poliestireno laminados al hormigón armado en el exterior y paneles de yeso en el interior. Esta técnica permite prefabricar las cúpulas en forma de kit y que el propietario las monte. Este método convierte las juntas en la parte más resistente de la estructura, mientras que en la mayoría de las cúpulas con estructura de madera, las juntas y, sobre todo, los bujes, constituyen el punto más débil. Además, ofrece la ventaja de ser impermeable.

Se han construido otros ejemplos en Europa. En 2012, se utilizó una cúpula de aluminio y vidrio como cubierta para una casa ecológica en Noruega ^{[ 15 ]} y en 2013 se construyó una casa con cúpula revestida de vidrio y madera en Austria. ^{[ 16 ]}

La construcción de estructuras muy fuertes y estables a partir de patrones de triángulos de refuerzo se observa con mayor frecuencia en el diseño de tiendas de campaña . Se ha aplicado de forma abstracta en otros ámbitos del diseño industrial , pero incluso en la ciencia de la gestión y en estructuras deliberativas como metáfora conceptual , especialmente en la obra de Stafford Beer , cuyo método de "transmigración" se basa de manera tan específica 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 , Jeddah , Arabia Saudita ( 21°44′59″N 39°09′06″E / 21.7496403°N 39.1516230°E / 21.7496403; 39.1516230 ), 210 m (690 pies) es actualmente la cúpula geodésica más grande.  

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 ]}  
• Superior Dome : Northern Michigan University . Marquette, Michigan , EE. UU. ( 46°33′37″N 87°23′38″W / 46.5603°N 87.3938°W / 46.5603; -87.3938 ), 163,4 m (536 pies) ^{[ 20 ]}  
• Tacoma Dome : Tacoma, Washington , EE. UU. ( 47°14′12″N 122°25′37″W / 47.2367°N 122.4270°W / 47.2367; -122.4270 ), 161,5 m (530 pies)  
• Cúpula de acceso peatonal : Universidad del Norte de Arizona . Flagstaff, Arizona , EE. UU. ( 35°10′50″N 111°39′10″W / 35.1805°N 111.6529°W / 35.1805; -111.6529 ), 153 m (502 pies) ^{[ 21 ]}  
• Ensfera del Valle Redondo : Springerville - Eagar, AZ , EE. UU. ( 34°07′13″N 109°17′06″O / 34.1204°N 109.2849°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″W / 33.7513°N 118.1889°W / 33.7513; -118.1889 ), 126 m (413 pies) — posteriormente propiedad de Carnival Cruise Line y Google .  
• Instalación de almacenamiento de Formosa Plastics : Mailiao , Taiwán ( 23°48′03″N 120°11′41″E / 23.8007°N 120.1947°E / 23.8007; 120.1947 ), 122 m (400 pies) — Once domos.  
• Instalación de mantenimiento de vagones cisterna Union : Baton Rouge, Luisiana , EE. UU. ( 30°34′58″N 91°14′04″W / 30.5827°N 91.2344°W / 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″W / 39.5590°N 77.1718°W / 39.5590; -77.1718 ), 114 m (374 pies)  

La lista del Instituto Fuller está desactualizada. Varias cúpulas importantes que no figuraban en la lista o que se construyeron posteriormente ahora se encuentran entre las 10 primeras. Actualmente, muchas cúpulas geodésicas tienen un diámetro superior a 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 ]}  
• Cúpula de la mina San Cristóbal (MSC), municipio Colcha "K" , Bolivia ( 21°07′29″S 67°12′35″W / 21.1246°S 67.2096°W / -21.1246; -67.2096 ), 140 m (460 pies) ^{[ 24 ]}  
• Cúpula de la refinería de Ruwais , Ruwais , Emiratos Árabes Unidos ( 24°08′45″N 52°44′21″E / 24.1459°N 52.7392°E / 24.1459; 52.7392 ), 135 m (443 pies) ^{[ 22 ]}  

• Cúpula del Ojo de la Mosca – Prototipo de casa diseñado por R. Buckminster Fuller 
• Malla geodésica : malla espacial basada en un poliedro geodésico. 
• Esfera de Hoberman : Estructura que se asemeja a una cúpula geodésica. 

• Preguntas frecuentes sobre las cúpulas geodésicas de R. Buckminster Fuller
• Notas sobre la cúpula geodésica : Se presentan 57 variantes de cúpula (de 1V a 10V) de diversos sólidos (icosaéreo, cúbico, octogonal, etc.).
• Artículo sobre las Cúpulas del Edén (archivo PDF de 5,1 MB)
• Cúpulas geodésicas (Geodaetische Kuppeln) de TE Dorozinski
• Una cúpula metageodésica, construida con cuadriláteros en lugar de triángulos, por F. Tuczek.
• Domos del desierto , recursos sobre la creación de domos