Cúpula geodésica
Un domo geodésico es una estructura hemisférica de capa delgada (lattice-shell) basada en un poliedro geodésico. Los elementos triangulares del domo son estructuralmente rígidos y distribuyen la tensión estructural por toda la estructura, lo que hace que los domos geodésicos puedan soportar cargas muy pesadas para su tamaño.
Historia
El primer domo geodésico fue diseñado después de la Primera Guerra Mundial por Walther Bauersfeld, ingeniero jefe de la compañía óptica Carl Zeiss, para un planetario que albergara su proyector de planetario. La firma Dykerhoff and Wydmann patentó y construyó una pequeña cúpula inicial en el techo de la planta de Zeiss en Jena, Alemania. Una cúpula más grande, llamada 'La maravilla de Jena', se abrió al público en julio de 1926.
Veinte años después, Buckminster Fuller acuñó el término "geodésica" 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 los EE. UU. por la que recibió U.S. Patente 2682235A del 29 de junio de 1954. La cúpula más antigua construida por el propio Fuller se encuentra en Woods Hole, Massachusetts, y fue construida por estudiantes bajo su tutela durante tres semanas en 1953.
La cúpula geodésica atrajo a Fuller porque era extremadamente fuerte para su peso, su estructura "omnitriangulada" superficie proporcionaba una estructura intrínsecamente estable, y porque una esfera encierra el mayor volumen en la menor área de superficie.
El domo se adoptó con éxito para usos especializados, como los 21 domos de la línea de alerta temprana a distancia construidos en Canadá en 1956, el domo de Union Tank Car Company de 1958 cerca de Baton Rouge, Luisiana, diseñado por Thomas C. Howard de Synergetics, Inc. y edificios especiales como los domos de Kaiser Aluminium (construidos 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 cerrado y velocidad de construcción.
A partir de 1954, los marines de EE. UU. experimentaron con domos geodésicos que se podían colocar en helicóptero. Un domo geodésico de madera y plástico de 30 pies fue levantado y transportado en helicóptero a 50 nudos sin 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 ensamblaje en las que los infantes de marina previamente no capacitados pudieron ensamblar una cúpula de magnesio de 30 pies en 135 minutos, helicópteros se despegaron de portaaviones y una prueba de durabilidad en la que una cúpula anclada resistió con éxito sin daños, un día de 120 mph (190 km/h) explosión de la hélice de los motores gemelos de 3.000 caballos de fuerza de un avión anclado.
El Domo Dorado de 1958 en la ciudad de Oklahoma, Oklahoma, utilizó el diseño de Fuller para usarlo como edificio bancario. Otro ejemplo temprano fue el Centro Stepan de la Universidad de Notre Dame, construido en 1962.
La cúpula se presentó a un público más amplio como pabellón para la Feria Mundial de 1964 en la ciudad de Nueva York, 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 después de que TC Howard de Synergetics, Inc. lo rediseñara.
Otra cúpula es de la Expo 67 en la Feria Mundial de Montreal, donde formó parte del Pabellón Americano. 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 autorizó planes para estructuras basadas en otros sólidos geométricos, como los sólidos de Johnson, los sólidos de Arquímedes y los sólidos catalanes. Estas estructuras pueden tener algunas caras que no son 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 es importante.
El 1 de octubre de 1982, se inauguró uno de los domos geodésicos más famosos, Spaceship Earth en Epcot en Walt Disney World Resort en Bay Lake, Florida, en las afueras de Orlando. El edificio y el paseo en su interior se nombran con uno de los términos famosos 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 a actuar como una tripulación armoniosa. trabajando hacia el bien mayor. El edificio es el ícono de Epcot y representa todo el parque.
Para la Feria Mundial de 1986 (Expo 86), 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 un centro de Artes, Ciencias y Tecnología, y ha sido nombrado Science World.
En 2000, se construyó en la Patagonia chilena el primer hotel domo geodésico totalmente sostenible del mundo, EcoCamp Patagonia, que abrió sus puertas al año siguiente, en 2001. El diseño del domo del hotel es clave para resistir a la región. 39;s fuertes vientos y se basa en las viviendas de los indígenas Kaweskar. Los geodomos también se están volviendo populares como una unidad de glamping (campamento glamoroso).
Métodos de construcción
Las cúpulas de madera tienen un agujero perforado en el ancho de un puntal. Una banda de acero inoxidable bloquea el orificio del puntal a una tubería 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 está envuelta de abajo hacia arriba con varias capas grapadas de papel alquitranado, para repeler el agua, y terminada con tejas. Este tipo de domo a menudo se denomina domo de cubo y puntal debido al uso de cubos de acero para unir los puntales.
Las cúpulas con paneles están construidas con vigas de madera separadas cubiertas con madera contrachapada. Los tres miembros que componen el marco triangular a menudo se cortan en ángulos compuestos para proporcionar un ajuste plano de los diversos triángulos. Se perforan agujeros a través de los miembros en ubicaciones precisas y luego se conectan pernos de acero a los triángulos para formar la cúpula. Estos miembros suelen ser de 2x4 o 2x6, lo que permite que quepa más aislamiento dentro del triángulo. La técnica de paneles permite al constructor unir la piel de madera contrachapada a los triángulos mientras trabaja de forma segura en el suelo o en un taller cómodo al abrigo de la intemperie. Este método no requiere cubos de acero costosos.
La estructura de acero se puede construir fácilmente con conductos eléctricos. Uno aplana el extremo de un puntal y taladra orificios para pernos a la longitud necesaria. Un solo perno asegura un vértice de puntales. Las tuercas generalmente se ajustan con un compuesto de bloqueo removible o, si el domo es portátil, tienen una tuerca almenada con una chaveta. Esta es la forma estándar de construir cúpulas para gimnasios de la selva.
Los domos también se pueden construir con un marco de aluminio liviano que se puede atornillar o soldar entre sí o se puede conectar con una conexión de punto nodal/cubo más flexible. Estas cúpulas suelen estar revestidas con vidrio que se mantiene en su lugar con una cofia de PVC, que se puede sellar con silicona para que sea impermeable. Algunos diseños permiten la fijación de doble acristalamiento o paneles aislantes en el marco.
Los domos de hormigón y espuma plástica generalmente comienzan con un domo de estructura de acero, envuelto con malla gallinera y malla de alambre como refuerzo. La malla gallinera y la pantalla se atan al armazón con ataduras de alambre. Luego se rocía o moldea una capa de material sobre el marco. Las pruebas deben realizarse con pequeños cuadrados para lograr la consistencia correcta de concreto o plástico. Generalmente, son necesarias varias capas por dentro y por fuera. El último paso es saturar las cúpulas de hormigón o poliéster con una fina capa de compuesto epoxi para eliminar el agua.
Algunas cúpulas de hormigón se han construido con paneles de hormigón prefabricados, pretensados y reforzados con acero que se pueden atornillar en su lugar. Los pernos están dentro de receptáculos elevados cubiertos con pequeñas tapas de hormigón para arrojar agua. Los triángulos se superponen para arrojar 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 se adapta bien a 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 internos de acero permanecen secos, lo que evita daños por heladas y corrosión. El hormigón resiste el sol y la intemperie. Se debe colocar algún tipo de tapajuntas interno o calafateo sobre las juntas para evitar corrientes de aire. El Cinerama Dome de 1963 se construyó con hexágonos y pentágonos de hormigón prefabricado.
Ahora, los domos se pueden imprimir a altas velocidades con "impresoras 3D" móviles y muy grandes, también conocidas como máquinas de fabricación aditiva. El material utilizado como filamento es a menudo una forma de hormigón inyectado con aire o espuma plástica de celda cerrada.
Dada la complicada geometría del domo geodésico, los constructores de domos se basan en tablas de longitudes de puntales o "factores de cuerda". En Matemáticas geodésicas y cómo usarlas, Hugh Kenner escribe: “Las tablas de factores de cuerda, que contienen la información de diseño esencial para los sistemas esféricos, se guardaron durante muchos años como secretos militares. Todavía en 1966, unas 3ν cifras de icosa de Popular Science Monthly eran todo lo que cualquier persona fuera del círculo de licenciatarios de Fuller tenía para seguir." (página 57, edición de 1976). Otras mesas estuvieron disponibles con la publicación de Domebook 1 (1970) y Domebook 2 (1971) de Lloyd Kahn.
Casas domo
Fuller esperaba que el domo geodésico ayudara a abordar la crisis de vivienda de la posguerra. Esto fue consistente con sus esperanzas anteriores para ambas versiones de Dymaxion House.
Los domos geodésicos residenciales han tenido menos éxito que los que se usan para trabajar y/o entretenerse, en gran parte debido a su complejidad y los mayores costos de construcción consiguientes. Los contratistas de domos con experiencia profesional, si bien son difíciles de encontrar, existen y pueden eliminar gran parte de los sobrecostos asociados con comienzos en falso y estimaciones incorrectas. El propio Fuller vivía en un domo geodésico en Carbondale, Illinois, en la esquina de Forest Ave y Cherry St. Fuller pensó en los domos residenciales como productos que se entregan desde el aire fabricados por una industria similar a la aeroespacial. La casa de la cúpula de Fuller todavía existe, 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, American Ingenuity de Rockledge, Florida, otorgó una patente para una técnica de construcción de domos que involucraba triángulos de poliestireno laminados en concreto reforzado en el exterior y paneles de yeso en el interior. La técnica de construcción permite que las cúpulas sean prefabricadas en forma de kit y construidas por un propietario. Este método convierte las costuras en la parte más fuerte de la estructura, donde las costuras y especialmente los centros en la mayoría de las cúpulas con armazón de madera son el punto más débil de la estructura. También tiene la ventaja de ser impermeable.
Otros ejemplos se han construido en Europa. En 2012, se utilizó un domo de aluminio y vidrio como cubierta de domo para una casa ecológica en Noruega y en 2013 se construyó un domo revestido de vidrio y madera en Austria.
En Chile, los ejemplos de domos geodésicos se están adoptando rápidamente para alojamiento en hoteles, ya sea como domos geodésicos de estilo tienda de campaña o domos cubiertos de vidrio. Ejemplos: EcoCamp Patagonia, Chile; y Elqui Domos, Chile.
Desventajas
Aunque las casas domo disfrutaron de una gran popularidad a fines de la década de 1960 y principios de la década de 1970, como sistema de vivienda, la cúpula tiene muchas desventajas y problemas. Un antiguo defensor de las casas domo, Lloyd Kahn, quien escribió dos libros sobre ellas (Domebook 1 y Domebook 2) y fundó Shelter Publications, se desilusionó con ellas, llamándolas & #34;inteligente pero no sabio". Señaló las siguientes desventajas, que ha enumerado en el sitio web de su empresa: Los materiales de construcción listos para usar (p. ej., madera contrachapada, tableros de virutas) normalmente vienen en formas rectangulares, por lo tanto, es posible que se deba desechar parte del material después de cortar rectángulos en triángulos, lo que aumenta el costo de construcción. Los escapes de incendios son problemáticos; los códigos los requieren para estructuras más grandes y son caros. Las ventanas que se ajustan al 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 más de ciertos materiales para la construcción del domo. La expansión y la partición también son difíciles. Kahn señala que las cúpulas son difíciles, si no imposibles, de construir con materiales naturales, que generalmente requieren plásticos, etc., que son contaminantes y se deterioran con la luz solar.
La estratificación del aire y la distribución de la humedad dentro de un domo son inusuales. Las condiciones tienden a degradar rápidamente los marcos de madera o los paneles interiores.
La privacidad es difícil de garantizar porque un domo es difícil de dividir satisfactoriamente. Los sonidos, los olores e incluso la luz reflejada tienden a transmitirse a través de toda la estructura.
Al igual que con cualquier forma curva, el domo produce áreas de pared que pueden ser difíciles de usar y deja un área periférica del piso con uso restringido debido a la falta de espacio libre. Las formas de planta circular carecen de la modularidad simple proporcionada por los rectángulos. Los decoradores y los instaladores diseñan teniendo en cuenta las superficies planas. Colocar un sofá estándar contra una pared exterior (por ejemplo) da como resultado que se desperdicie una media luna detrás del sofá.
A los constructores de domos que usan material de revestimiento de tablas cortadas (común en las décadas de 1960 y 1970) les resulta difícil sellar los domos contra la lluvia, debido a sus muchas uniones. Además, estas costuras pueden estar estresadas porque el calor solar ordinario flexiona toda la estructura cada día a medida que el sol se mueve por el cielo. La adición posterior de correas y acabados de paneles de yeso flexibles en el interior prácticamente ha eliminado este movimiento que se nota en los acabados interiores.
El método de impermeabilización más efectivo con un domo de madera es colocar tejas en el domo. Las tapas puntiagudas en la parte superior de la cúpula, o para modificar las formas de la cúpula, se utilizan cuando la pendiente es insuficiente para la barrera contra el hielo. También se utilizan cúpulas de plástico o hormigón armado de una sola pieza, y algunas cúpulas se han construido con triángulos de plástico o cartón encerado que se superponen de tal manera que arrojan agua.
El exalumno de Buckminster Fuller, J. Baldwin, insistió en que no existe ninguna razón para que un domo bien diseñado y construido correctamente tenga fugas, y que algunos diseños 'no pueden' filtración.
Patrones relacionados
La construcción de estructuras muy fuertes y estables a partir de patrones de triángulos de refuerzo se ve más comúnmente en el diseño de carpas. Se ha aplicado en abstracto en otros diseños industriales, pero incluso en la ciencia de la gestión y las estructuras deliberativas como metáfora conceptual, especialmente en la obra de Stafford Beer, cuya "transmigración" El método se basa tan específicamente en el diseño de la cúpula que solo un número fijo de personas puede participar en el proceso en cada etapa de deliberación.
Estructuras de domos geodésicos más grandes
Según Guinness World Records, al 30 de mayo de 2021, 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 el domo geodésico actual más grande.
Según el Buckminster Fuller Institute en 2010, las 10 cúpulas geodésicas más grandes del mundo por diámetro en ese momento eran:
- Seagaia Ocean Dome (decíamos que estaríamos hablando): 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) — Demolido en 2017.
- Nagoya Dome (propiedad religiosa): 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)
- Doma Superior: Universidad del Norte de Michigan. 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)
- 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)
- Walkup Skydome: Universidad del Norte de Arizona. Flagstaff, Arizona, EE.UU.35°10′50′′N 111°39′′′′′W / 35.1805°N 111.6529°W / 35.1805; -111.6529), 153 m (502 pies)
- Round Valley Ensphere: Springerville-Eagar, AZ, EE.UU.34°07′13′′N 109°17′06′′W / 34.1204°N 109.2849°W / 34.1204; -109.2849), 134 m (440 pies)
- Ex Spruce Goose Hangar: 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) — más tarde propiedad de Carnival Cruise Line, y Google.
- Instalación de almacenamiento de plásticos Formosa: Mailiao, Taiwan (23°48′03′′N 120°11′41′′′E / 23.8007°N 120.1947°E / 23.8007; 120.1947), 122 m (400 pies) — Once cúpulas.
- Mantenimiento de coches de tanque de unión Instalación: Baton Rouge, Louisiana, EE.UU.30°34′58′N 91°14′04′′W / 30.5827°N 91.2344°W / 30.5827; -91.2344), 117 m (384 pies) — Demolido en 2007.
- Lehigh Portland Cement Storage Facility: Union Bridge, Maryland, EE.UU.39°33′32′′N 77°10′′′′′′W / 39.5590°N 77.1718°W / 39.5590; -77.1718), 114 m (374 pies)
La lista del Instituto Fuller ya está fechada. Varios domos importantes se perdieron o se construyeron más tarde y ahora se encuentran entre los 10 primeros. Actualmente, muchos domos geodésicos tienen más de 113 m de diámetro.
- Poliedro de Caracas ("Caracas Polyhedron Arena"), Caracas, Venezuela ()10°26′′′′N 66°56′′′′′W / 10.4338°N 66.9385°W / 10.4338; -66.9385), 143 m (469 pies)
- Mina San Cristóbal (MSC) Dome, Colcha "K" Municipio, Bolivia21°07′29′S 67°12′35′′W / 21.1246°S 67.2096°W / -21.1246; -67.2096), 140 m (460 pies)
- Ruwais Refinery Dome, Ruwais, Emiratos Árabes Unidos (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)
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