Cúpulas y bóvedas: sistemas estructurales

Las cúpulas y bóvedas en arquitectura han maravillado a varias generaciones debido a sus grandiosas estructuras. 

En este artículo se mencionarán algunas de sus características y algunos ejemplos destacados...

Cúpulas en arquitectura

La cúpula en arquitectura es un elemento que ha sido famoso por darle un toque interesante a las construcciones durante diferentes épocas. Estas también son conocidas como "domos" debido a su forma en su parte exterior. Una cúpula es un elemento arquitectónico que ha sido utilizada para cubrir un espacio, la forma y dimensiones de este elemento dependerán de la forma de la planta arquitectónica del proyecto.

Una cúpula podrá construirse entorno a diversas formas de plantas como circular, cuadrada, poligonal o incluso  elíptica. Este tipo de estructura se hace posible mediante la rotación de arcos de formas semicirculares, parabólicos u ovalados los cuales giran alrededor de un punto central de simetría dando así la forma de lo que se conoce como cúpula.

El término con el que la conocemos hoy en día, nace del italiano cupola con raíces del latín ya que cupa en latín, significa pequeña taza. Esto hace más sentido cuando vemos la forma peculiar que toma una cúpula a la hora de estar en el punto más alto de las construcciones.

Tipos de cúpulas

Las cúpulas pueden adoptar diversas formas y estilos dependiendo del tipo de proyecto o formas que adquiera con el paso de la construcción. Entre los tipos de cúpulas más destacados se pueden encontrar:

Cúpula semiesférica

Esta es una de las cúpulas que pueden llegar a ser más simples viéndolas desde el punto de vista constructivo. Por lo general estas se construyen a base de un espacio cuadrado. Este tipo de cúpula se presentó mucho en la arquitectura romana y también en la renacentista. Incluso se retomaron un poco en la arquitectura románica y en la gótica aunque fueron construcciones de menor tamaño.

Cúpula rebajada

Este tipo de cúpula se caracteriza por parecer una cúpula semiesférica pero más acortada, lo que da la impresión de que el elemento fue de alguna forma comprimido para obtener así la forma.

Cúpula peraltada

Esta cúpula tiene la característica de ser más alta de lo normal lo que da la impresión de tener una forma más ovalada. Esta se presentó en varias construcciones de la arquitectura bizantina. Muchas personas al ver este tipo de construcción, pueden asemejarla con la forma de un huevo y este peculiar diseño se debe a que los bizantinos, no tenían al alcance los mismos materiales que los romanos, es por eso que tuvieron que buscar otras formas de construcción. 

Los bizantinos eran muy buenos en las construcciones con ladrillo de arcilla, en especial con las bóvedas ya que es un material más ligero así que el transporte y producción era más económico para ellos. Para que ellos pudieran construir sus cúpulas, era necesario eliminar también las cimbras. Es por eso que con el paso del tiempo, lograron construir cúpulas con ayuda solamente de mortero y ladrillos sin necesidad de estructuras que ayudaran a sostener los elementos.

Cúpula poligonal

Este elemento constructivo se basa en la unión de varias formas, por lo general la base de esta cúpula suele ser de forma cuadrada. De ella, se levantan cuatro caras que en su extremo superior terminan esquinas curvas lo que hace que se puedan unir en un sólo punto. Lo que da como remate el punto más alto de la cúpula.

Cúpula en bulbo

Las cúpulas bulbosas, también conocidas en varias partes del mundo como cúpulas de bulbo, cebolla o acebolladas, reciben su nombre debido a su distintiva forma que se asemeja a un bulbo. Este estilo arquitectónico es bastante común en la arquitectura islámica y bizantina. Estas peculiares cúpulas se han expandido mucho en Europa del Este, especialmente en la arquitectura rusa y alemana.

El diseño de las cúpulas en bulbo llegó a Rusia a través de los mongoles, quienes a su vez adoptaron este estilo de los persas e hindúes. Ellos fueron bastante admirados por sus habilidades artísticas. Con el paso del tiempo y con la destrucción de varias construcciones, los rusos tuvieron que realizar algunos cambios en ellas. Entre los cambios que se pueden encontrar está el estrechamiento de las bases y los colores que han logrado cambiar hasta la fecha.

Las cúpulas en bulbo se caracterizan por tener un diámetro más pequeño en la base, que se amplía a medida que va subiendo, alcanzando su diámetro máximo antes de llegar a la mitad de su altura. Luego, la cúpula se hace pequeña nuevamente llegar al punto más alto. Este tipo de cúpula suele ser más alta que ancha, lo que hace que le de esa silueta tan peculiar.

El exterior de estas cúpulas, casi siempre está decorado con patrones geométricos o combinaciones de colores. Para ello se utilizan materiales como mosaicos, tejas, metal entre otros.

En las iglesias rusas, donde estas cúpulas se presentan más. Suelen elevarse desde un tambor, que puede ser de metal o madera. Este tambor a menudo se encuentra decorado con láminas de hierro, oro o cerámica, dándole más detalles a la estructura. Estas cúpulas no solo son elementos arquitectónicos funcionales, sino que también son símbolos de la cultura y arte las cuales reflejan la rica herencia histórica y las influencias de varias culturas.

Cúpula cónica

Una cúpula cónica es una estructura arquitectónica que tiene una forma se asemeja a un cono. La base de la cúpula es circular y se hace más pequeña hacia un punto en la parte superior, formando un vértice. Este diseño geométrico puede variar en altura y pendiente, dependiendo del diseño arquitectónico específico.

A diferencia de las demás cúpulas, la cúpula cónica cuenta con una superficie recta que forma un ángulo que se mantiene constante con la base. Estas cúpulas pueden ser construidas con diferentes materiales, como ladrillo, piedra, concreto, madera o metal. Pueden ser sólidas o pueden ser construidas únicamente con un esqueleto estructural que después puede ser cubierto con algún tipo de revestimiento.

Las cúpulas cónicas se utilizan en varias estructuras arquitectónicas, como lo son techos de torres, campanarios, glorietas y quioscos. Quizá uno de los ejemplos más repetitivos y conocidos pueden ser algunos castillos que cuentan con este tipo de cúpulas en la parte superior de sus torres. También son comunes en algunas culturas y estilos arquitectónicos tradicionales, como en algunas pagodas y templos chinos.

Una de las ventajas de este tipo de cúpulas es su forma ya que hace que resistan muy bien diversas condiciones del clima como vientos muy fuertes. La inclinación de su forma hace que el agua pueda bajar muy bien en época de lluvias. De igual forma, esta cúpula es un elemento visual distintivo y elegante en una estructura. A pesar de tener una forma simple, es muy vistosa en muchos proyectos arquitectónicos.

Fuente: Naomi Santa Olalla

Elementos de una cúpula

La base que sostiene una cúpula por lo general suele estar formada por muros continuos o por arcos los cuales pueden estar apoyados en columnas. Dependiendo de la forma de la base, se puede saber qué tipo de cúpula podrá colocarse. Por ejemplo, si la base es cilíndrica, se puede cubrir el espacio con una cúpula simple. De otro modo, si la base tiene una forma diferente, como cuadrada o poligonal, es necesario utilizar una cúpula de poligonal. Para hacer más fácil la unión entre la base de la cúpula ya sea circular o en forma de elipse y la forma cuadrada o poligonal de la base, se pueden usar elementos de transición como lo son las trompas o las pechinas.

Entre la cúpula y los elementos de unión también suele haber un tambor cilíndrico o cimborrio, que por lo general tiene ventanas para que la luz natural entre al interior del edificio.

Fuente: Naomi Santa Olalla

Sistemas constructivos de una cúpula

Uno de los métodos de construcción más antiguos y sencillos que se han replicado por años, implica levantar capas sucesivas de piedras o ladrillos, inclinándolos poco a poco hacia el centro. Esta técnica, usada desde hace muchos años, resulta ser muy buena para cubrir áreas de diámetros pequeños. La colocación de los materiales va a seguir un patrón en espiral. Este proceso es muy parecido al de los iglús. Esta técnica constructiva, genera lo que se conoce como una falsa cúpula.

En este sistema, cada vuelta de piedras o ladrillos logra dar estabilidad al hacerse cada vez más cerrada. Es importante mencionar que el comportamiento estructural va a ser muy parecido al de un dintel, sin esfuerzos horizontales muy grandes.

Fuente: Naomi Santa Olalla

Para que una cúpula pueda ser llamada verdadera se tiene que contar con elementos constructivos llamados dovelas y claves los cuales se van a encargar de generar un equilibrio entre los esfuerzos que reciba la cúpula. Estos esfuerzos van a trabajar muy parecidos a los que se presentan en una bóveda o en un arco pero este caso, se van a presentar en tres dimensiones.

Para que se pueda permitir la entrada de luz natural desde arriba, se puede reemplazar la "clave" con un anillo superior. Las piezas que den forma a este anillo, tienen que soportar las fuerzas de compresión a las que esté expuesto. Los materiales de este anillo pueden variar, años antes se utilizaban incluso aleaciones de bronce para poder fabricarlos.

Uno de los retos más importantes en la construcción de cúpulas antes de la revolución industrial era poder  encontrar materiales que pudieran resistir la tracción con ello, poder contrarrestar los esfuerzos horizontales que se presentan en la base de la cúpula, ya que naturalmente tienden a crecer. Una de las  soluciones que encontraron, implicaba contrarrestar estos esfuerzos con contrafuertes grandes, que poco a poco fueron sustituidos por arbotantes

¿Qué es una bóveda?

Una bóveda es una estructura que tiene forma curva la cual se utiliza para cubrir espacios entre dos muros o una serie de columnas alineadas. Este elemento es muy útil para abarcar áreas amplias utilizando piezas pequeñas. Las bóvedas son muy versátiles ya que pueden tener una geometría de simple o doble curvatura y se han usado tanto en edificaciones antiguas como modernas.

Las piezas que comúnmente se construyen de piedra en las bóvedas se conocen como dovelas y pueden estar colocadas "a hueso" es decir, no dejando espacio entre las piezas para dar un efecto casi liso o también pueden estar unidas con mortero. Una bóveda, soporta principalmente cargas de compresión, muy parecidas a las de un arco o un conjunto de arcos que cubren una superficie. Los materiales que se usan en su construcción pueden ser diferentes. Estos pueden ser piedra, ladrillo, acero hasta concreto armado. 

Ya sean de ladrillo o piedra, las bóvedas siempre han tenido un rol importante en la construcción, aunque este papel ha disminuido con la llegada de técnicas y materiales modernos. Con la llegada de materiales más innovadores como lo es el acero y el concreto armado permitieron que este tipo de técnicas pudieran ir evolucionando con el paso del tiempo.

Cabe mencionar que, las bóvedas de concreto armado siguen siendo ampliamente utilizadas en ingeniería civil en la construcción de galerías, túneles, cubiertas de grandes luces y otras construcciones donde los elementos que se encuentran trabajando a flexión resultan menos eficientes hablando de técnicas y de economía.

Fuente: Naomi Santa Olalla

Tipos de bóvedas

En arquitectura, encontramos muchos tipos de bóvedas las cuales van a depender del proyecto en el que se presenten estas estructuras. Aquí mencionaremos algunas de las más comunes:

Bóveda de cañón

La bóveda de cañón es una estructura que es considerada como semicilíndrica. Su forma geométrica está hecha a partir de una generatriz semicircular y una directriz recta. Este tipo de bóveda se empleó por muchos años para cubrir espacios de grandes dimensiones longitudinales, como las naves de las iglesias o sus transeptos. Este tipo de bóvedas fue muy utilizada en la arquitectura romana, después siguió su uso en la arquitectura románica. Como parte de la evolución en cuanto a técnicas y sistemas constructivos, los arcos de medio punto evolucionaron hacia arcos apuntados, y las bóvedas de cañón también agregaron estas formas.

Bóveda de arista

La bóveda de arista nace por la intersección perpendicular de dos bóvedas de cañón iguales. Las líneas de donde se unen o aristas son arcos de elipse que se cruzan en el vértice superior de la misma.

Bóveda vaída

La bóveda vaída está hecha por un lado que está cortado verticalmente por dos pares de planos paralelos y perpendiculares entre sí. Esto da como resultado un elemento muy adecuada para cubrir espacios cuadrados. Si se corta de forma lateral, se obtienen cuatro triángulos esféricos, conocidos como pechinas, que son por lo general usadas para soportar cúpulas circulares sobre un cuadrado. Las bóvedas vaídas también son conocidas como "bóvedas de pañuelo".

Bóveda de crucería

La bóveda de crucería es un elemento formado por varios arcos o nervios que tienen una función estructural. Los espacios entre estos nervios, llamados plementos, son losas curvas por lo general hechas de piedra que cumplen una función de relleno. Los nervios pueden tener formas diferentes y complejas, especialmente en el gótico tardío. 

Bóvedas modernas

Las bóvedas modernas hoy en día se hacen con materiales como acero y concreto armado, pero mantienen la característica de trabajar principalmente a compresión. 

Existen muchos otros tipos de bóvedas que se han ido creando con el paso de los años, diferente tipo de materiales y civilizaciones. Incluso con la unión de varias bóvedas se han ido creando otras que con el paso del tiempo se van adaptando dependiendo de las construcciones. Como es el caso de la bóveda de lunetos la cual es la unión de dos bóvedas de cañón pero de diferentes alturas dando como resultado una forma impresionante.

Fuente: Naomi Santa Olalla

Elementos de una bóveda

Para que una bóveda como objeto arquitectónico pueda funcional, se requiere que cuente con los siguientes elementos como apoyos que son los muros o columnas donde va a descansar la bóveda. Prácticamente son los encargados de transmitir las cargas que se generan en ella. Otro punto importante son los puntos de arranque de los arcos que van a darle forma a la bóveda.

Como ya mencionamos, las dovelas y las claves, son elementos que nunca pueden faltar en la construcción de una bóveda. 

Sistemas constructivos de las bóvedas

Tanto en las primeras bóvedas como en las bóvedas modernas existirá trabajo a compresión. Las tensiones que se generan van a ser parecidas a las de un arco, como sucede en las cúpulas. Las fuerzas que se presentan en las bóvedas, van a ir cambiando a un empuje horizontal el cual se debe contrarrestar para poder tener una estructura en equilibrio con ayuda de contrafuertes o estribos. 

En la antigüedad cuando se construían las bóvedas, se tenía que contar con estructuras que ayudaban a darle soporte al elemento, lo cual muchas veces no era así. Con el paso del tiempo, al ver que la cimbra sólo encarecía al proceso constructivo de la bóveda, se trató de mejorar la técnica con la que se construían. Los romanos por su parte se ayudaban de las cimbras solamente en la construcción de arcos.

Diferencia entre cúpula y bóveda

Por lo general, se suele tener la duda de si una cúpula y una bóveda pueden ser lo mismo. Las bóvedas y las cúpulas son dos elementos arquitectónicos que, a pesar de tener características parecidas, su estructura y diseño son dos cosas que los hacen completamente diferentes. Ambas  estructuras nacen del arco pero se desenvuelven de formas distintas.

Por ejemplo, si hablamos de la cúpula, el arco gira sobre su propio eje, dando como resultado una forma semiesférica. Sin embargo las bóvedas también utilizan al arco como forma principal pero este, en lugar de girar sobre su propio eje, se extiende en una línea horizontal, generando un techo curvo alargado. 

La cúpula se va a generar a partir de un solo arco que va girando dando su forma redondeada en el exterior. Por lo contrario la bóveda podrá estar compuesta de varios arcos los cuales se podrán cruzar entre sí creando una forma más compleja o alargada según sea el caso.

¿Quien escribió este artículo?

Naomi Santa Olalla

Arquitecta y diseñadora de interiores.
Me gusta escribir y leer artículos relacionados con proyectos arquitectónicos y también conocer su solución en cuanto al interiorismo.


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