In caso di cupola poligonale si dice che è costituita da fusi, ciascuno dei quali corrispondenti a un lato della base.
Una cupola in architettura è edificata con conci trapezoidali detti "cunei", i cuigiunti (i sottili interspazi tra pietra e pietra o mattone e mattone) sono orientati verso un unico centro. È possibile costruire una cupola anche in materialelaterizio, anche senza ricorrere a speciali mattoni trapezoidali, tramite il ricorso amalta.
La cupola, ingeometria, fa parte in generale della famiglia dellequadriche. In particolare si tratta di superfici che hanno sia per direttrici sia per generatrici delleconiche non degeneri. Nei casi più frequenti dicoperture a volte, la cupola viene ottenuta dal movimento rotatorio, sia circolare, sia ellittico, di un arco di conica delta intorno ad una retta verticale, dettaasse di rotazione, in cui l'asse e la curva siano tra loro complanari.
Cupole improprie in vari materiali vengono costruite sin dagli albori della civiltà: si pensi per esempio alle copertura tradizionali, ancora oggi in uso, delleiurte dell'Asia centrale, degliiglùeschimesi o deitrullipugliesi. Dopo il passaggio a abitazioni a pianta rettangolare, questo tipo di copertura venne in genere destinato alla sola architettura funeraria (si pensi alle tombe athòlos).
La scoperta della cupola, come quella dell'arco, è stata per lungo tempo attribuita aiRomani; oggi tuttavia esistono diverse teorie, alcune delle quali ne attribuiscono la nascita alle popolazionimesopotamiche. La vera cupola non era utilizzata daiGreci, forse per ragioni di conoscenze costruttive o per canoni estetici; iMicenei usavano invece la pseudo-cupola atholos, che sfrutta i pesi come nelsistema trilitico).
Tra i Romani, questo elemento architettonico, grande novità delTardo impero, ebbe grande prestigio e fu portatore di significati e suggestioni legati al concetto di centralità delpotere. Avevano una cupola, per esempio, i più grandicomplessi termali o i palazzi come laDomus Aurea. Una delle più bellecupole costruite dai romani, pervenuta integra ai tempi nostri, è quella delPantheon. Considerando solamente le cupole vere e proprie, cioè strutture spingenti in grado di resistere fondamentalmente alla sola compressione, l'ampiezza della cupola del Pantheon, con un diametro interno di 43,44 m, risulta ad oggi insuperata. Essa venne realizzata attraverso un unico getto in calcestruzzo sopra ad una colossalecentina in legno. Lo spessore della calotta diminuisce progressivamente avvicinandosi alla sommità e con esso anche il peso del calcestruzzo, mescolato a materiali via via più leggeri. Al centro si apre il celebreoculo, un'apertura circolare di 9 m di diametro, dalla quale si irradia internamente la luce. L'enorme spinta laterale generata da una simile struttura viene in parte contrastata dal consistente rinfianco di cui è dotata la cupola (se osservata dall'esterno essa appare fortemente schiacciata). Le pareti di appoggio tendono così ad essere stabilizzate dalla grande spinta verticale e, grazie inoltre al loro spessore di oltre 6 m, forniscono da secoli un sicuro sostegno per l'immensa copertura. Le cupole romane (e le derivazioni paleocristiane) erano tutte impostate su uncilindro, unprismaottagonale odecagonale.
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 uncubo: nacque così lavolta a vela e poi la cupola conpennacchi di raccordo. NelVI secolo venne costruito aCostantinopoli un capolavoro dell'architettura di tutti i tempi: labasilica della Santa Sofia, edificata a partire da un'enorme cupola cheinondava di un senso di spazio chi varcava la soglia della basilica e simboleggiava perfettamente l'universalità della politica dell'imperatoreGiustiniano. La cupola, dopo la conquistaottomana del1453, fece da modello per secoli a numerosemoschee cupolate.
Anche gli arabi costruirono maestose cupole, tra le quali la più famosa è laCupola della Roccia aGerusalemme, leggermente rialzata.
Nell'Europa Occidentale medievale si perse gradualmente la capacità di edificare grandi cupole, poiché era sempre necessaria un'impalcatura per la loro costruzione (lacentina), 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 lachiave.
Nonostante ciò si continuarono a costruire cupole di dimensioni piccole e medie, in particolare negli edifici più prestigiosi:cappelle palatine ecattedrali. Durante il periodo delle crociate si ricostruì labasilica del Santo Sepolcro, distrutta durante gli scontro con i musulmani, realizzando un'intuitiva struttura di copertura conica. Questa venne copiata in varie località europee. InItalia tra più antiche strutture del genere (VIII secolo?-X secolo?) si trovano aCatania (Cappella Bonajuto), aMalvagna (Cuba di Malvagna), aCastiglione di Sicilia (Cuba di Santa Domenica), mentre per il secolo XI si possono citare le introduzioni in Europa, specialmente in Sicilia e Spagna, delle coperture a cupola di tipo islamica (San Giovanni degli Eremiti,Cubula,Santissima Trinità di Delia, laChiesa dei Santi Pietro e Paolo d'Agrò etc) o di tipo romanico, come quella delBattistero di Pisa (città che aveva avuto un ruolo chiave nellaprima crociata), e quella dellachiesa deiTemplari, 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 delBattistero di Firenze, facendo uso di tecniche innovative.
Il grande risveglio Comunale dopo l'anno Mille, diffuse rapidamente queste tecniche e tornarono ad essere costruiti edifici con soffitti a volta e con cupole. Da allora, le principali costruzioni dotate di cupola, se pur costruite con le navate basilicali, presero la denominazione di "domo", eduomo divenne così ilsinonimo dicupola (ininglese e infrancese le cupole si chiamano "dôme").
In una gara a creare edifici sempre più grandi, alti e maestosi, aFirenze si iniziò a costruire laCattedrale di Santa Maria del Fiore, prevedendo, pare fin dall'inizio, unagrande cupola a coronamento delle absidi. Quando l'architettoFrancesco Talenti nel XIV secolo ingrandì la pianta della cattedrale, nessuno sapeva come costruire quella che sarebbe dovuta essere la più grande cupola mai progettata fino ad allora. FuFilippo Brunelleschi, nella prima metà delXV 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 dicostoloni a vista. Venne costruita fra il 1420 e il 1436 e le dimensioni del diametro della cupola di Brunelleschi, con i suoi 45,5 metri (altezza di 116,5 m)) non sono mai più state superate da una cupola in muratura tradizionale; la prima cupola a superarla in dimensioni è la copertura delReliant Astrodome aHouston (diametro 216,40 m - altezza 63,40 m sul piano di calpestio interrato), inaugurata nel1965.
Dopo la costruzione della cupola di Firenze, una delle prime cupole di grandi dimensioni realizzate nelRinascimento è quella dellaBasilica della Santa Casa aLoreto, eretta su progetto diGiuliano da Maiano e compiuto nella calotta daGiuliano da Sangallo. Voltata in soli nove mesi, dal settembre 1499 "alle ore XV del 23 maggio" del 1500, come l'architetto annota nel suo diario[1], misura un diametro di 22 metri.
All'inizio del XVI secoloDonato Bramante realizza il progetto per la costruzione delTempio di Santa Maria della Consolazione aTodi, tutta incentrata sulla cupola alta 72 metri. Realizzata da altri architetti fra il 1508 e il 1565, anticipa già le cupole barocche.
La cupola fiorentina fu l'ispirazione diretta anche perMichelangelo quando disegnò lacupola per laBasilica di San Pietro in Vaticano, il più importante progetto del tardoRinascimento. Fra il 1549 e il 1593 fu creata questa maestosa cupola circolare dal diametro di 42,56 metri e dall'altezza di 136,50 metri che domina la città diRoma 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.
Sul finire del XVII secolo SirChristopher Wren edificò lacupola dellaCattedrale di Saint Paul aLondra, dal diametro di 31 metri e un'altezza 111,5 metri, ispirata a San Pietro: di stile puramente classico nella forma, ma non nella realizzazione, 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 dilegno strutturale, da una calotta tradizionale.
Saint Paul a sua volta fu fonte d'ispirazione per altre due celebri cupole: la prima è quellasettecentesca delPantheon di Parigi, dai 28 metri di diametro e 82 d'altezza[5]; mentre la seconda, fortemente influenzata dal Dôme des Invalides, risalente alXIX secolo è quella delCampidoglio diWashington, dai 29 metri di diametro e 96 d'altezza, realizzata però facendo ricorso ad una grande travatura inghisa rivestita esternamente con elementi classici.
NelXX secolo, tramontati i colossali progetti diAlbert Speer per una cupola di 250 metri di diametro nella città diBerlino, hanno fatto la loro apparizione le cupolegeodetiche, costituite da una struttura di triangolo inclinati opportunamente a formare la superficie di un'enorme semisfera, poggiante direttamente al suolo.
La cupola è simbolo delCielo, "sfera della storia, sede dell'asse del mondo e perfetta miniatura dell'Universo, nel suo ordine e nella sua bellezza.[......] La cupola ci dice chiaramente che ilCielo si è aperto allaTerra, è sceso fino a farsi uomo, ed è ugualmente il messaggio chiaro che, grazie a questo incarnarsi / abbassarsi diDio, è data all'uomo la possibilità di salire al Cielo, di farsi santo, di arrivare con la sua libertà alla santità".[6] La cupola "ci parla di un Dio che si è fatto uomo; che inGesù Cristo il cielo e la terra, Dio e l'uomo, si sono riconciliati e uniti attraverso la sua morte e resurrezione, attraverso quella nuova creazione che è laPasqua".[6] La cupola rappresenta dunque la volta celeste il cui centro èCristo. Spesso la cupola o la volta sono sostenute da quattro pilastri, oppure da angeli o dai simboli deglievangelisti che con la loro predicazione hanno annunciato la "buona novella" della salvezza a tutto il mondo (ad esempio la cupola dellaBasilica di San Pietro in Vaticano è circondata da quattro tondi che racchiudono gli evangelisti). Il simbolismo cosmico è richiamato anche dalle volte stellate o con sfondo oro (per esempio nelMausoleo di Galla Placidia aRavenna), al cui centro si apre un cerchio-cielo che racchiude il Cristo o qualche simbolo cristologico.[7] Alcune chiese cristiane presentano una cupola, simbolo della volta celeste, costruita su una struttura quadrata che simboleggia la terra. Secondo la cosmologiageocentrica antica, il quadrato rappresenta simbolicamente la terra, poiché il Sole ne fissa gli assi a partire dai punti estremi del suo corso, dividendola in quattro parti, ciascuna delle quali delimita una stagione e, nello stesso tempo, uno deipunti cardinali.[8]
La base su cui poggia la cupola può essere fatta di muri continui oppure daarchi supiedritti. Quando la base è cilindrica, l'imposta della cupola dovrà essere circolare, quando la base èprismatica, 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 dettipennacchi otrombe. Tra la cupola vera e propria ed il perimetro di base viene a volte inserito iltamburo 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 unalanterna, 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 daaffreschi,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.
L'estradosso della cupola (la superficie esterna) talvolta è nascosto da untiburio, mentre se è visibile si parla di cupolaestradossata. Raramente la cupola è costituita da una semplice struttura muraria. A volte invece l'involucro esterno risulta indipendente, per ragioni plastiche o strutturali, come per 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 cosiddettecupole doppie di cui è un tipico esempioSanta Maria del Fiore aFirenze.
La cupola, essendo formata dalla rotazione di unarco è unastruttura spingente e crea spinte laterali, oltre che verticali (delpeso). Per ovviare a queste forze si applicano una serie di accorgimenti quali spessori,contrafforti, catene e tiranti, carichi superiori (magari con iltiburio). Nelle cupole dicalcestruzzo, 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.
La cupola, comesuperficie viene, come di seguito, classificata secondo i tipi di coniche da cui sono formate la generatrice e la direttrice di tale superficie.
^abCattedrale di Vicenza, Guida storico Artistica, Antiga Edizioni, 2012, pag. 28
^Maria Luisa Mazzarello, Maria Franca Tricarico,La Chiesa nel tempo. La narrazione dell'architettura sacra. Ed. Il Capitello, Elledici scuola, Leumann (Torino), 2005, pag. 46
^Gérard-Henry Baudry,Simbolismo cristiano delle origini, pag. 77, ed. Jaca Book , Milano, maggio 2016
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