Cupola
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La cupola è una volta a calotta con perfetta simmetria centrale, con base poligonale, circolare o ellittica e profilo a semicerchio, parabola oppure ovoidale. La cupola più tipica è a base circolare.
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[modifica] Descrizione
In caso di cupola poligonale si dice che è costituita da fusi ciascuno dei quali corrispondenti ad un lato della base. Il significato di cupola a volte è esteso anche a qualsiasi tipo di volta, che sia a vela, a spicchi concavi o convessi, specie quando questa abbia importanza preminente nell'architettura dell'edificio.
Una cupola in architettura è edificata con conci trapezoidali detti cunei, i cui giunti (i sottili interspazi tra pietra e pietra o mattone e mattone) sono orientati verso un unico centro. È possibile costruire una cupola anche il materiale laterizio, tramite il ricorso a malta.
La cupola, in geometria fa parte in generale della famiglia delle quadriche. In particolare si tratta di superfici che hanno sia per direttrici sia per generatrici delle coniche non degeneri. Nei casi più frequenti di coperture a volte, la cupole viene ottenuta dal movimento rotatorio, sia circolare, sia ellittico, di un arco di conica delta intorno ad una retta verticale, detta asse di rotazione, in cui l'asse e la curva siano tra loro complanari.
[modifica] Storia
Cupole improprie in vari materiali vengono costruite sin dagli albori della civiltà: si pensi per esempio alle copertura tradizionali, ancora oggi in uso, delle jurta dell'Asia Centrale, degli igloo eschimesi o dei trulli pugliesi. Dopo il passaggio a abitazioni a pianta rettangolare questo tipo di copertura venne in genere destinato alla sola architettura funeraria (si pensi alle thòlos).
La cupola era sconosciuta ai greci, i primi costruttori di cupole vere e proprie furono i romani. Questo elemento architettonico, grande novità del tardo impero, ebbe grande prestigio e fu portatore di significati e suggestioni legati al concetto di centralità del Potere. Avevano una cupola, per esempio, i più grandi complessi termali o i palazzi come la Domus Aurea. Una delle più belle cupole costruite dai romani, pervenuta integra ai tempi nostri, è quella del Pantheon, probabilmente derivata da alcune strutture cupolate presenti a Baia; in realtà è una cupola impropria perché non è costituita da conci orientati, ma da calcestruzzo (realizzato con diversi materiali a seconda dell'altezza): per questo non ha bisogno di una chiave di cupola, ma anzi al centro presenta il celeberrimo oculo aperto dal quale si irradia internamente la luce. Le cupole romane (e le derivazioni paleocristiane) erano tutte impostate su un cilindro, un prisma ottagonale o decagonale.
Nell'Impero bizantino, dove le capacità tecniche romane non erano state perse ma anzi ampliate, si iniziò a imporre una nuova concezione della spazio centrale, arrivando a impostare una cupola su un cubo: nacque così la volta a vela e poi la cupola con pennacchi di raccordo. Nel VI secolo venne costruito a Costantinopoli un capolavoro dell'architettura di tutti i tempi: la Hagia Sophia, la basilica della Santa Sapienza, edificata a partire da una enorme cupola che inondava di un senso di spazio chi varcava la soglia della basilica e simboleggiava perfettamente l'universalità della politica dell'imperatore Giustiniano. La cupola, dopo la conquista ottomana del 1453, fece da modello per secoli a numerose moschee cupolate.
Anche gli arabi costruirono maestose cupole, tra le quali la più famosa è la Cupola della Roccia a Gerusalemme, leggermente rialzata.
Nell'Europa Occidentale medievale si perse gradualmente la capacità si edificare grandi cupole, poiché era sempre necessaria un'impalcatura per la loro costruzione (la centina), ma era di fatto impossibile costruire impalcature lignee molto alte e resistenti al peso di una cupola molto grande finché questa non venisse chiusa con la chiave.
Nonostante ciò si continuarono a costruire cupole di dimensioni piccole e medie, in particolare negli edifici di più prestigiosi: cappelle palatine e cattedrali. Durante il periodo delle crociate si ricostruì la basilica del Santo Sepolcro, distrutta durante gli scontro con i mussulmani, realizzando un'intuitiva struttura di copertura conica. Questa venne copiata in varie località europee; in Italia tra più antiche strutture del genere (XI secolo) si posono citare quella del Battistero di Pisa (città che aveva avuto un ruolo chiave nella prima crociata), e quella della chiesa dei Templari, sempre a Pisa, dove la citazione del Santo Sepolcro si affianca a quella della moschea di Omar. Del resto entrambe le costruzioni coniche pisane sono opera dello stesso architetto, Diotisalvi. Un'altra cupola, molto più grande con ben 26 metri di diametro, viene eretta a copertura del Battistero di Firenze, facendo uso di tecniche innovative.
Il grande risveglio Comunale dopo l'anno Mille, diffuse rapidamente le queste tecniche e tornarono ad essere edificati edifici con soffitti a volta e cupole. Da allora, le principali costruzioni dotate di cupola, se pur costruite con le navate basilicali, presero la denominazione di "domo", e duomo divenne così il sinonimo di cupola (per esempio in inglese e in francese le cupole si chiamano infatti "dôme").
In una gara a creare edifici sempre più grandi, alti e maestosi, a Firenze si iniziò a costruire la grandiosa Cattedrale di Santa Maria del Fiore, prevedendo, pare fin dall'inizio, una grande cupola a coronamento delle absidi. Quando l'architetto Francesco Talenti nel XIV secolo ingrandì la pianta della cattedrale nessuno sapeva come costruire quella che nel progetto era la più grande cupola mai costruita fino ad allora. Fu Filippo Brunelleschi, nella prima metà del XV secolo, a studiare l'architettura romana ed a reinventare una soluzione per non ricorrere all'impalcatura interna, che fu la creazione di due cupole (gusci) una dentro l'altra che si sostenevano a vicenda, grazie a una struttura di costoloni a vista. Le dimensioni della cupola del Brunelleschi (1420-1436) non sono mai più state superate da una cupola in muratura tradizionale; la prima cupola a superarla in dimensioni è la copertura del Reliant Astrodome a Houston (diametro 216,40 m - altezza 63,40 m sul piano di calpestio interrato), inaugurata nel 1965.
La cupola fiorentina fu l'ispirazione diretta per Michelangelo quando disegnò una cupola per la Basilica di San Pietro in Vaticano, il più importante progetto del tardo Rinascimento. Fu creata una maestosa cupola circolare che domina la città di Roma e, simbolicamente, tutta la cristianità. I robusti costoloni scomponevano il peso della cupola dando maggior controllo delle forme e dei volumi sia del guscio interno che di quello esterno. All'esterno la cupola è leggermente rialzata, con i costoloni di andamento vagamente iperbolico che evidenziano le linee di ascensione del volume architettonico. Per evitare dissesti strutturali, alla base della struttura furono collocate delle catene di ferro in modo da assorbire le spinte laterali; tuttavia nei secoli successivi, a causa del formarsi di pericolose lesioni lungo le murature, una commissione tecnica decise di aggiungere ulteriori catene di rinforzo.
Da allora la costruzione di cupole non conobbe momenti di sosta e divenne un elemento caratterizzante dell'architettura barocca. Numerose chiese vennero impreziosite da svettanti cupole, come la Basilica di Sant'Andrea della Valle e la chiesa di Sant'Ivo alla Sapienza entrambe a Roma, la Basilica di Santa Maria della Salute a Venezia ed infine la chiesa di Saint-Louis-des-Invalides a Parigi. Sul finire del XVII secolo Sir Christopher Wren edificò la cupola della Cattedrale di Saint Paul a Londra, ispirata a San Pietro e tra le più maestose cupole che esistano: di stile puramente classico nella forma, ma non nella realizzazione, arditamente ricca di innovazioni. Infatti, la cupola della cattedrale londinese si presenta internamente come una struttura tronco conica, rivestita all'esterno, mediante un sistema di travature di legno strutturale, da una calotta tradizionale.
Saint Paul a sua volta fu fonte d'ispirazione per altre due celebri cupole: la prima è quella settecentesca del Pantheon di Parigi, mentre la seconda, risalente al XIX secolo è quella quella del Campidoglio di Washington, realizzata però facendo ricorso ad una grande travatura in ghisa rivestita esternamente con elementi classici.
Nel XX secolo, tramontati i colossali progetti di Albert Speer per una cupola di 250 metri di diametro nella città di Berlino, hanno fatto la loro apparizione le cupole geodetiche, costituite da una struttura di triangolo inclinati opportunamente a formare la superficie di una enorme semisfera, poggiante direttamente al suolo.
 Interno del Pantheon, Roma |
 Interno di Santa Sofia, Istanbul |
 Cupola della Roccia, Gerusalemme |
 Santa Maria del Fiore, Firenze |
 San Pietro, Roma |
 Saint Paul, Londra |
 Il Capitolo, Washington |
 Globen, Stoccolma |
[modifica] Elementi di una cupola
La base su cui poggia la cupola può essere fatta di muri continui oppure da archi su piedritti. Quando la base è cilindrica, l'imposta della cupola dovrà essere circolare, quando la base è prismatica, la cupola sarà del tipo della volta a padiglione.
In diversi casi la struttura di base non segue esattamente la forma della cupola, allora si rende necessario introdurre una serie di elementi di raccordo detti pennacchi o trombe. Tra la cupola vera e propria ed il perimetro di base viene a volte inserito il tamburo di forma cilindrica o prismatica nel quale sono aperte ampie finestre.
L'interno della cupola può essere inoltre illuminato da un foro posto in sommità che può essere aperto, o chiuso da lucernaio, o sormontato da una lanterna, elemento di coronamento a somiglianza di piccolo tempietto rotondo in genere finestrato.
L'intradosso (la superficie interna) di una cupola è sempre visibile, talvolta coperto da affreschi, stucchi o altre decorazioni.
La luce negli edifici a cupola può essere ottenuta anche con occhi aperti sulla superficie della calotta o con finestrelle aperte sopra la linea di imposta.
[modifica] Configurazione esterna
L'estradosso della cupola (la superficie esterna) talvolta è nascosto da un tiburio, mentre se è visibile si parla di cupola estradossata. Raramente la cupola è costituita da una semplice struttura muraria. A volte invece l'involucro esterno risulta indipendente, per ragioni plastiche o strutturali, come ottenere nello spessore delle costole di irrigidimento, oppure per poter meglio proteggere le parti importanti della struttura architettonica dalle intemperie.
Le configurazioni architettoniche che derivano dalla separazione tra forma esterna e forma interna sono proprie delle cosiddette cupole doppie di cui è un tipico esempio Santa Maria del Fiore a Firenze.
[modifica] Statica
La cupola, essendo formata dalla rotazione di un arco è essere una struttura spingente e crea spinte laterali, oltre che verticali (del peso). Per ovviare a queste forze si applicano una serie di accorgimenti quali spessori, contrafforti, catene e tiranti, carichi superiori (magari con il tiburio). In teoria le spinte laterali, essendo la struttura a base circolare, sono uniformi su tutto il perimetro e si annullano a vicenda, scaricandosi però sugli elementi interni: quindi se una cupola ha le parti strutturali saldamente coese non avrebbe bisogno di contrafforti (per questo è possibile innalzarle su tamburi. Nelle cupole di calcestruzzo, di fatto grandi "ciotole" artificialmente monolitiche, è cruciale la qualità del materiale e del legamento per evitare crepe e fratture che se presenti annullano il principio di bilanciamento interno delle forze.
[modifica] Tipi di cupola
Dal punto di vista architettonico si può avere:
- Cupola a padiglione o volta a padiglione: a base poligonale e costituita da vele che poggiano sui lati del tamburo.
- Cupola a ombrello o a spicchi: quando è costruita a partire da un sistema di archi diametrali (quindi concentrici nella chiave di cupola)
- Cupola estradossata: cupola la cui superficie esterna sia visibile e costituisca la copertura dell'edificio stesso.
- Cupola a bulbo o a cipolla: ha un corpo rialzato e strombato e una coronazione a punta, tipica dell'architettura dell'Europa centrale e della Russia.
- Cupola rialzata: tipica dell'architettura musulmana e indiana.
- 'Cupola a cipolla: come la cupola a bulbo, ma dalla base molto stretta rispetto al corpo strombato,
La cupola, come superficie viene, come di seguito, classificata secondo i tipi di coniche da cui sono formate la generatrice e la direttrice di tale superficie.
- Semisfera
- Semi ellissoide circolare
- Semi ellissoide ellittica
- Semi parabolide circolare
- Semi Parabolide ellittico
- Semi iperbolide ad una falda circolare
- semi iperbolide ad una falda ellittico
