História das cúpulas do período moderno

As cúpulas construídas nos séculos XIX e XX beneficiaram-se de técnicas mais eficientes de produção de ferro e aço, além de avanços na análise estrutural.

Cúpulas com estrutura de metal do século XIX frequentemente imitavam projetos de cúpulas de alvenaria anteriores em vários estilos, especialmente na arquitetura da igreja, mas também eram usadas para criar cúpulas de vidro sobre galerias comerciais e estufas, cúpulas sobre galpões de locomotivas e salas de exposição e cúpulas maiores do que qualquer outro no mundo. A variedade de edifícios abobadados, tais como parlamentos e edifícios do Capitólio, gasómetros, observatórios, bibliotecas e igrejas, foram possibilitados pelo uso de reforços de concreto armado, papel machê leve e enquadramento triangular.

No século XX, cúpulas planetárias estimularam a invenção de Walther Bauersfeld de ambas as cascas finas de concreto armado e cúpulas geodésicas. O uso de aço, computadores e análise de elementos finitos permitiu ainda maiores extensões. A estrutura da membrana de tensão tornou-se popular para os estádios esportivos abobadados, que também inovaram com telhados abobadados rígidos e retráteis.

Século dezenove

Ferro
Novas técnicas de produção permitiram que ferro fundido e ferro forjado fossem produzidos em quantidades maiores e a preços relativamente baixos durante a Revolução Industrial. O ferro era usado no lugar da madeira, onde a resistência ao fogo era uma prioridade. Na Rússia, que tinha grandes suprimentos de ferro, alguns dos primeiros exemplos do uso arquitetônico do material podem ser encontrados. Andrey Voronikhin construiu uma grande cúpula de ferro forjado sobre a Catedral Kazan, em São Petersburgo. Construída entre 1806 e 1811, a cúpula exterior de 17,7 metros de largura da catedral foi uma das primeiras cúpulas de ferro.

Embora a produção de ferro na França tenha ficado atrás da Grã-Bretanha, o governo estava ansioso para promover o desenvolvimento de sua indústria doméstica de ferro. Em 1808, o governo de Napoleão aprovou um plano para substituir a cúpula de madeira incendiada do celeiro de Halle au Blé, em Paris, por uma cúpula de ferro e vidro, o “primeiro exemplo de metal com vidro em uma cúpula”. A cúpula tinha 37 metros de diâmetro e usava 51 nervuras de ferro fundido para convergir em um anel de compressão de ferro forjado de 11 metros de largura contendo uma clarabóia de vidro e ferro forjado. A superfície externa da cúpula foi coberta com cobre, com janelas adicionais cortadas perto da base da cúpula para permitir mais luz durante uma modificação de 1838. Cúpulas de ferro fundido eram particularmente populares na França.

Um dos primeiros exemplos da Grã-Bretanha é a fantástica cúpula de ferro sobre o edifício central do Royal Pavilion em Brighton, iniciada em 1815 por John Nash, o arquiteto pessoal do rei George IV.

Em 1828, a torre de travessia oriental da Catedral de Mainz foi reconstruída por Georg Moller com uma cúpula de ferro forjado. A cúpula era feita de seções planas de ferro e reforçada com laços que passavam pelo interior da cúpula. Esse reforço de cúpula foi uma das duas técnicas estabelecidas, sendo o outro o uso de uma combinação de anéis horizontais e nervuras verticais. Mais tarde foi removido em favor da estrutura atual.

A Catedral de Santo Isaac, em São Petersburgo, foi construída em 1842 com uma das maiores cúpulas da Europa. Uma cúpula de ferro fundido de quase 26 metros de largura, possuía um design tecnicamente avançado de tripla concha com treliças de ferro que lembrava a Catedral de St. Paul, em Londres. Também rememorativa da cúpula de São Paulo e da do Panteão em Paris, ambas visitadas pelo designer original, a cúpula da Igreja de São Nicolau, em Potsdam, foi acrescentada ao prédio de 1843 a 1849. Uma cúpula foi incluída como uma possibilidade no projeto neoclássico tardio original de 1830, mas como uma construção de madeira. O ferro foi usado pelos arquitetos posteriores.

Batalha dos Estilos
O estilo neoclássico popular na época foi desafiado em meados do século XIX por um renascimento gótico na arquitetura, no que tem sido chamado de “Batalha dos Estilos”. Isso durou de 1840 até o início do século XX, com vários estilos dentro do classicismo, como renascimento, barroco e renascimento rococó, também competindo por popularidade. As últimas três décadas deste período incluíram combinações incomuns desses estilos.

A Biblioteca do Museu Britânico construiu uma nova sala de leitura no pátio de seu museu entre 1854 e 1857. A sala redonda, com cerca de 42,6 metros de diâmetro e inspirada no Panteão, foi encimada por uma cúpula com um anel de janelas na base e um óculo no topo. Estrutura de ferro escondida sustentava um teto suspenso feito de papel machê. Uma cúpula de ferro fundido foi construída entre 1860 e 1867 sobre a sala de leitura da Bibliothèque nationale em Paris. Inspirada na prestigiosa sala de leitura do Museu Britânico, a primeira cúpula de ferro no Canadá foi construída no início da década de 1870, sobre a sala de leitura do prédio da Biblioteca do Parlamento, em Ottawa. Ao contrário da sala do Museu Britânico, a biblioteca, inaugurada em 1876, usa o estilo gótico. A cúpula do Edifício Thomas Jefferson da Biblioteca do Congresso, também inspirada na cúpula da sala de leitura do Museu Britânico, foi construída entre 1889 e 1897 em estilo clássico. Tem 100 pés de largura e sobe 195 pés acima do chão em oito pilares. A cúpula tem um perfil externo relativamente baixo para evitar ofuscar a cúpula próxima do Capitólio dos Estados Unidos.

A atual cúpula sobre o edifício do Capitólio dos Estados Unidos, embora pintada de branco e coroando um prédio de alvenaria, também é feita de ferro fundido. A cúpula foi construída entre 1855 e 1866, substituindo uma cúpula de madeira inferior por uma cobertura de cobre de 1824. Ela possui um diâmetro de 30 metros. Ele foi concluído apenas dois anos depois do Old St. Louis County Courthouse, que tem a primeira cúpula de ferro fundido construída nos Estados Unidos. O desenho inicial da cúpula do Capitólio foi influenciado por uma série de cúpulas da igreja européia, particularmente St. Paul’s em Londres, St. Peter’s em Roma, o Panthéon em Paris, Les Invalides em Paris e St. Isaac’s Cathedral em St. Petersburg. O arquiteto Thomas U. Walter projetou um interior de dupla cúpula baseado no interior do Panthéon em Paris. A construção de cúpulas para os prédios dos estados e tribunais nos Estados Unidos floresceu no período entre a Guerra Civil Americana e a Primeira Guerra Mundial. Muitos cúpulas de capitólios estaduais americanos foram construídos no final do século 19 ou início do século 20 e cobriram rotundas abertas ao público como espaços comemorativos. Exemplos incluem o Indiana State House, o Capitólio do Estado do Texas e o Capitólio do Estado de Wisconsin.

A cúpula sobre a Basílica de San Gaudenzio (iniciada em 1577) em Novara, Itália, foi construída entre 1844 e 1880. As revisões feitas pelo arquiteto durante a construção transformaram o que inicialmente seria um tambor, cúpula hemisférica e lanterna de 42,22 metros de altura uma estrutura com dois tambores sobrepostos, uma cúpula ogival e uma torre de trinta metros de altura, atingindo 117,5 metros. O arquiteto Alessandro Antonelli, que também construiu a Mole Antonelliana em Turim, na Itália, combinou formas neoclássicas com a ênfase vertical do estilo gótico.

O Palácio do Reichstag, construído entre 1883 e 1893 para abrigar o Parlamento do novo Império Alemão, incluía uma cúpula feita de ferro e vidro como parte de sua incomum mistura de componentes renascentistas e barrocas. Controversamente, a cúpula de 74 metros de altura era sete metros mais alta que a cúpula do Palácio Imperial na cidade, recebendo críticas do Kaiser Wilhelm II.

O edifício do Parlamento Húngaro foi construído em estilo gótico, embora a maioria das entradas de competição de design de 1882 usasse o neo-renascimento, e inclui um salão central abobadado. A cúpula grande, com nervuras e em forma de ovo, encimada por uma torre, foi influenciada pela cúpula da igreja Maria vom Siege, em Viena. Tem uma concha externa de dezesseis lados com um esqueleto de ferro que se eleva a 96 metros de altura, e uma abóbada estrela de concha interna apoiada em dezesseis pilares de pedra. O Dome Hall é usado para exibir a coroa de coroação da Hungria e a estatuária de monarcas e estadistas. A cúpula estava estruturalmente completa no final de 1895.

Outros desenvolvimentos
O historicismo do século 19 levou a muitas cúpulas sendo re-traduções das grandes cúpulas do passado, ao invés de mais desenvolvimentos estilísticos, especialmente na arquitetura sagrada. Excluindo cúpulas que simplesmente imitavam alvenaria de várias conchas, o desenvolvimento principal do século da forma abobadada simples pode ser cúpulas de metal como a cúpula elíptica do Royal Albert Hall em Londres (57 a 67 metros de diâmetro) e a cúpula circular de Halle au. Blé em Paris.

A prática de construir cúpulas rotativas para abrigar grandes telescópios foi iniciada no século XIX, com os primeiros exemplos usando papier-maché para minimizar o peso.

Únicas cúpulas de vidro que saíam diretamente do nível do solo eram usadas para estufas e jardins de inverno, como a casa das palmeiras em Kew (1844-1848) e o jardim de inverno de Laeken perto de Bruxelas (1875-1876). Elaboradas galerias comerciais cobertas, como a Galleria Vittorio Emanuele II em Milão e a Galleria Umberto I em Nápoles, incluíam grandes cúpulas envidraçadas em seus cruzamentos cruzados.

A maior cúpula do mundo foi construída em 1881-1882 sobre o pátio circular do Hospital Real de Devonshire, na Inglaterra, com um diâmetro de 156 pés. As grandes cúpulas do século XIX também incluíam edifícios de exposições e estruturas funcionais, como gasômetros e galpões de locomotivas. A “primeira cúpula totalmente triangular emoldurada” foi construída em Berlim em 1863 por Johann Wilhelm Schwedler em um gasômetro para a Associação Imperial de Gás Continental e, no início do século 20, abóbadas de armação similarmente trianguladas se tornaram bastante comuns. Vladimir Shukhov também foi um dos primeiros pioneiros do que mais tarde seria chamado de estrutura gridshell e, em 1897, ele os empregou em pavilhões de exposições abobadados na Exposição Industrial e de Arte de Toda a Rússia.

Embora as cúpulas feitas inteiramente de concreto armado não tenham sido construídas antes de 1900, a igreja de Saint-Jean-de-Montmartre foi projetada por Anatole de Baudot com uma pequena cúpula de concha de tijolo com nervuras de concreto armado.

Segundo Irene Giustina, a construção da cúpula foi um dos problemas arquitetônicos mais desafiadores até pelo menos o final do século XIX, devido à falta de conhecimento sobre a estática.

Vigésimo século
Telha Guastavino
No final do século 19 e início do século 20, a família Guastavino, pai e filho que trabalhava na costa leste dos Estados Unidos, desenvolveu a cúpula de alvenaria. Eles aperfeiçoaram uma técnica tradicional espanhola e italiana para abobada leve, sem centro, usando camadas de telhas em um conjunto de cimento de ajuste rápido contra a superfície da curva, em vez de perpendicular a ela. O pai, Rafael Guastavino, inovou com o uso de cimento Portland como argamassa, em vez dos tradicionais argamassas de cal e gesso, o que permitiu que a barra de aço leve fosse usada para neutralizar as forças de tensão. Seu uso do recente desenvolvimento da estática gráfica permitiu que ele projetasse e construísse cúpulas funiculares baratas com espessura mínima e sem andaimes. Os cofres eram tipicamente de 3 polegadas de espessura e os trabalhadores, em pé nas porções completas, usavam modelos simples, fios e cordas para alinhar seu trabalho.

A família construiu cofres em centenas de edifícios, incluindo as cúpulas da Basílica de São Lourenço, em Asheville, Carolina do Norte, e a Igreja de São Francisco de Sales, na Filadélfia, Pensilvânia. A cúpula sobre o cruzamento da Catedral de São João o Divino, em Nova York, foi construída pelo filho em 1909. Uma cúpula parte-esférica, mede 30 metros de diâmetro a partir do topo de suas pendentes, onde hastes de aço embutidas em concreto agir como um anel de restrição. Com uma espessura média de 1/250 de seu vão, e hastes de aço também embutidas nos pendentives, a cúpula “ansiava por uma construção moderna de conchas em concreto armado”.

Aço e concreto
Cúpulas construídas com aço e concreto foram capazes de atingir grandes extensões. O West Baden Springs Hotel em Indiana foi construído em 1903 com a maior cúpula de extensão do mundo a 60 metros. Sua pele de metal e vidro era suportada por treliças de aço apoiadas em rolos de metal para permitir a expansão e a contração de mudanças de temperatura. Foi superado em extensão pelo Centennial Hall of Max Berg. A cúpula de 1911 da sala de leitura da Biblioteca Pública de Melbourne, supostamente inspirada no Museu Britânico, tinha um diâmetro de 31,5 metros e foi brevemente a mais ampla cúpula de concreto armado do mundo até a conclusão do Salão do Centenário. O Salão do Centenário foi construído com concreto armado em Breslau, Alemanha (hoje Polônia), de 1911 a 1913 para comemorar o aniversário de 100 anos do levante contra Napoleão. Com uma cúpula central de 213 pés de largura cercada por anéis escalonados de janelas verticais, era o maior edifício desse tipo no mundo. Outros exemplos de domos com nervuras feitos inteiramente de concreto armado incluem o Methodist Hall em Westminster, Londres, a Sinagoga de Augsburg e o Orpheum Theater em Bochum. O Leipzig Market Hall de 1928, de Deschinger e Ritter, apresentava duas cúpulas de 82 metros de largura.

A fina concha interna foi desenvolvida com a construção de duas cúpulas em Jena, Alemanha, no início dos anos 20. Para construir uma cúpula de planetário rígida, Walther Bauersfeld construiu um quadro triangular de barras de aço leves e uma malha com uma cúpula de cofragem suspensa abaixo dela. Ao pulverizar uma fina camada de concreto na fôrma e na estrutura, ele criou uma cúpula de 16 metros de largura com apenas 30 milímetros de espessura. A segunda cúpula ainda era mais fina, com 40 metros de largura e 60 milímetros de espessura. Estes geralmente são considerados os primeiros cascos finos arquitetônicos modernos. Estas também são consideradas as primeiras cúpulas geodésicas. Começando com um para o Deutsches Museum em Munique, 15 planetários de projeção em cúpula usando conchas de concreto de até 30 metros de largura foram construídos na Europa em 1930, e naquele ano o Planetário Adler em Chicago se tornou o primeiro planetário a ser aberto no Hemisfério Ocidental.

O arquiteto e engenheiro espanhol Eduardo Torroja, com Manuel Sanchez, projetou o Mercado Municipal de Algeciras, na Espanha, com uma cúpula de concreto de casca fina. Construída de 1933 a 1934, a cúpula rasa tem 48 metros de largura, 9 centímetros de espessura e é apoiada em pontos ao redor de seu perímetro. Popularizados por um artigo de 1955 sobre o trabalho de Félix Candela no México, os cascos arquitetônicos tiveram seu auge nos anos 50 e 60, atingindo popularidade pouco antes da adoção generalizada de computadores e do método dos elementos finitos de análise estrutural. Exemplos notáveis ​​de cúpulas incluem o Kresge Auditorium, no MIT, que tem um escudo esférico de 49 metros de largura e 89 milímetros de espessura, e o Palazzetto dello Sport, com uma cúpula de 59 metros de largura projetada por Pier Luigi Nervi. Os primeiros exemplos usaram uma viga de borda relativamente espessa para estabilizar as bordas expostas. Técnicas alternativas de estabilização incluem a adição de uma curva nessas bordas para endurecê-las ou aumentar a espessura da própria casca nas bordas e próximo aos suportes.

Cúpulas geodésicas
Estruturalmente, as cúpulas geodésicas também são consideradas camadas quando as cargas são suportadas pelos polígonos superficiais, como no Kaiser Dome, mas são consideradas estruturas de grade espacial quando as cargas são suportadas por membros ponto-a-ponto. Embora os primeiros exemplos tenham sido construídos 25 anos antes por Walther Bauersfeld, o termo “cúpulas geodésicas” foi cunhado por Buckminster Fuller, que recebeu uma patente para eles em 1954. Cúpulas geodésicas têm sido usadas para recintos de radar, estufas, casas e estações meteorológicas .

Os primeiros exemplos nos Estados Unidos incluem uma cúpula de 53 pés de largura para a Ford Rotunda em 1953 e uma cúpula de 384 pés de diâmetro para as instalações de Baton Rouge da Union Tank Car Company em 1958, a maior estrutura de mundo naquele momento. O Pavilhão dos EUA na Expo 67 em Montreal, Quebec, Canadá, foi cercado por uma cúpula de 76,5 metros de largura e 60 metros de altura feita de tubos de aço e painéis de acrílico. É usado hoje como um centro de monitoramento de água. Outros exemplos incluem a Estação Pólo Sul Amundsen-Scott, que foi usada de 1975 a 2003, e o Eden Project no Reino Unido, construído em 2000.

Tensão e membranas
As cúpulas de Tensegridade, patenteadas por Buckminster Fuller em 1962 a partir de um conceito da Kenneth Snelson, são estruturas de membranas compostas de treliças radiais feitas de cabos de aço sob tensão com tubos de aço verticais que espalham os cabos na forma de treliça. Eles foram feitos de forma circular, elíptica e outras formas para cobrir estádios da Coreia à Flórida. Enquanto as primeiras cúpulas de membrana sustentáveis ​​foram as cúpulas de radar projetadas e construídas por Walter Bird após a Segunda Guerra Mundial, a estrutura de membrana temporária projetada por David Geiger para cobrir o pavilhão dos Estados Unidos na Expo ’70 foi uma construção histórica. A solução da Geiger para uma redução de 90% no orçamento para o projeto do pavilhão foi um “telhado de baixo perfil, retido por cabo e sustentado por ar, empregando um anel de compressão de perímetro super-óptico”. Seu custo muito baixo levou ao desenvolvimento de versões permanentes usando fibra de vidro revestida de teflon e em 15 anos a maioria dos estádios em todo o mundo usaram esse sistema, incluindo o Silverdome em Pontiac, Michigan. Os cabos de retenção de tais cúpulas são colocados na diagonal para evitar o perímetro de flacidez encontrado para ocorrer com uma grade padrão.

O design da membrana de tensão depende de computadores, e a crescente disponibilidade de computadores poderosos resultou em muitos desenvolvimentos sendo feitos nas últimas três décadas do século XX. As deflações relacionadas ao clima de alguns telhados sustentados pelo ar levaram David Geiger a desenvolver um tipo modificado, o mais rígido “Cabledome”, que incorporou as idéias de Fuller de tensegridade e aspiração em vez de ser suportado pelo ar. O efeito pregueado observado em algumas dessas cúpulas é o resultado de cabos radiais inferiores que se estendem entre os que formam treliças, a fim de manter a membrana em tensão. O sistema de membrana leve usado consiste em quatro camadas: fibra de vidro impermeável no exterior, isolamento, uma barreira de vapor e, em seguida, uma camada de isolamento acústico. Isso é semitransparente o suficiente para atender a maioria das necessidades de iluminação diurna abaixo da cúpula. Os primeiros exemplos de grande extensão foram duas Seul, Coréia do Sul, arenas esportivas construídas em 1986 para as Olimpíadas, uma de 93 metros de largura e outra de 120 metros de largura. O Georgia Dome, construído em 1992 em um plano oval, usa um padrão triangular em um sistema patenteado como o “Tenstar Dome”. A Millennium Dome foi concluída como a maior cúpula de cabos do mundo, com um diâmetro de 320 metros e usa um sistema diferente de suporte de membrana, com cabos que se estendem dos 12 mastros que penetram na membrana. A primeira cúpula de cabo a usar painéis rígidos de estrutura de aço como cobertura em vez de uma membrana translúcida foi iniciada para um centro esportivo na Carolina do Norte em 1994.

Cúpulas retráteis e estádios
O maior gasto de cúpulas rígidas de grande extensão tornou-as relativamente raras, embora os painéis móveis sejam o sistema mais popular para estádios esportivos com cobertura retrátil. Com uma extensão de 126 metros, a Civic Arena de Pittsburgh apresentou a maior cúpula retrátil do mundo quando concluída para a Civic Light Opera em 1961. Seis de suas oito seções poderiam girar atrás das outras duas em três minutos, e em 1967 tornou-se a casa do time de hóquei Pittsburgh Penguins.

O primeiro estádio de beisebol abobadado, o Astrodome em Houston, Texas, foi concluído em 1965 com uma rígida cúpula de aço com 641 pés de largura e 4.596 clarabóias. Outros exemplos iniciais de cúpulas de estádio rígido incluem a estrutura de aço Superdome de Nova Orleans e o cimento Kingdome de Seattle. O Ericsson Globe de 1989, uma arena de hóquei no gelo, ganhou o título de maior edifício hemisférico do mundo, com diâmetro de 110 metros e altura de 85 metros.

O Estádio Olímpico de Montreal apresentava um teto de membrana retrátil em 1988, embora o rompimento repetido tenha levado à sua substituição por um teto não retrátil. A SkyDome de Toronto abriu em 1989 com um sistema rígido em quatro partes: uma que é fixa, duas que deslizam horizontalmente e uma que gira ao longo da borda do vão de 213 metros de largura. No Japão, o Fukuoka Dome de 1993 apresentava uma cúpula de 222 metros em três partes, duas das quais giravam abaixo da terceira. O Estádio Ōita foi construído em 2001 como um telhado semi-esférico quase fixo de 274 metros de largura com dois grandes painéis cobertos por membrana que podem deslizar do centro para lados opostos.

Século XXI
A variedade de cúpulas modernas sobre estádios esportivos, salas de exposições e auditórios tem sido possibilitada pelo desenvolvimento de materiais como aço, concreto armado e plásticos. Seus usos em lojas de departamento e “centros futurísticos de entretenimento com vídeo-holograma” exploram uma variedade de materiais não tradicionais.