Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios

Mónica Raquel Fernandes Macieira Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios Mónica Raquel Fernandes Macieira setembro de 2019 UMinho | 2019 Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios Universidade do Minho Escola de Arquitectura setembro de 2019 Tese de Doutoramento Doutoramento em Arquitetura Área de especialização em Construção e Tecnologia Trabalho efetuado sob a orientação de Professor Doutor Paulo Jorge Figueira Almeida Urbano Mendonça Professor Doutor João Paulo Sousa Costa de Miranda Guedes Mónica Raquel Fernandes Macieira Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios Universidade do Minho Escola de Arquitectura ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho: Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ iii AGRADECIMENTOS Quero agradecer o rigor, a disponibilidade, o acompanhamento atento e o incentivo a fazer cada vez melhor, sempre demonstrados pelos meus orientadores científicos: Professor Doutor Paulo Jorge Figueira de Almeida Urbano de Mendonça e Professor Doutor João Paulo Sousa Costa de Miranda Guedes. Graças à supervisão de ambos, com base no rigor e ao mesmo tempo na liberdade que me deram no processo de investigação, beneficiei das suas experiências e sugestões. Agradeço à Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) e ao Fundo Social Europeu (FSE) pelo financiamento através da Bolsa de Doutoramento SFRH/BD/104891/2014, ao abrigo do Programa Operacional Potencial Humano (POPH) e do Ministério da Educação e Ciência (MEC). Também gostaria de agradecer às instituições de acolhimento: centro de investigação Lab2PT, Escola de Arquitetura da Universidade do Minho e ao centro de investigação Construct, Faculdade de Engenharia, Departamento de Engenharia civil da Universidade do Porto. A realização da presente tese também foi possível graças à conjugação dos esforços de várias pessoas, às quais não posso deixar de expressar o meu sincero agradecimento:  à Professora Doutora Anabela Tereso (Escola de Engenharia, Departamento de Produção e Sistemas da Universidade do Minho) pelo apoio, rigor, disponibilidade demonstrada em cada dúvida e oportunidade concedida de aprender com os seus conhecimentos sobre métodos e técnicas de apoio à tomada de decisão de tal modo que me tornou possível aplicá-los na criação do modelo de avaliação proposto nesta tese.  Ao Professor Doutor António Pedro Oliveira de Carvalho, o meu agradecimento pela troca de ideias, apoio e experiência transmitida acerca da avaliação dos parâmetros acústicos.  Ao Professor Doutor Nelson Martins pela troca de ideias e experiência transmitida acerca dos ensaios numéricos acerca do desempenho termo-energético; ao Arquiteto Marçal Tarrida Llopis pelo apoio com a utilização da ferramenta informática Design Builder e ao Laboratório de Física das Construções da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, pela disponibilização de dados climáticos exteriores medidos e registados nas suas estações meteorológicas.  Ao Museu Arqueológico do Carmo (MAC), representado pelo Presidente José Morais Arnaud, à arqueóloga Cecília Nune e ao Professor Doutor Sande Lemos pela informação e colaboração prestadas sobre o MAC.  Ao Gabinete de apoio à investigação da Escola de Economia e Gestão da Universidade do Minho, representado pelo Professor Doutor Luís Conraria e pela Doutora Susana Figueiredo, por fornecerem o acesso à plataforma de questionário online Qualtrics®. iv  Aos proprietários do edifício tomado como caso de estudo no Capitulo 6, por gentilmente cederem o espaço para realizar ensaios e instalar o protótipo funcional executado no âmbito desta tese.  Agradecer o apoio do serviço do Instituto Nacional de Estatística (INE) no fornecimento de informação relevante para caracterizar as intervenções de ampliação no parque edificado nacional.  Às entidades proprietárias dos seguintes ferramentas informáticas, pela oportunidade de as utilizar nesta tese, através da cedência de utilização gratuita: Bionova - One Click LCA, Versão 7.4 (14.04.2018); Professor Robert Roitmayer - Formfinder professional; PEMARD (Mediterranean acoustics research & Development) - Olive Tree Lab Suite , com especial agradecimento à equipa da PEMARD, nomeadamente Lina Economou e Costas Economou pelo apoio facultado na fase de modelação e análise dos resultados com a ferramenta Olive Tree Lab .  Às empresas: (i) NCREP, representada pelo Eng.º Tiago Ilhargo; (ii) Floret, representada pela Arq. Adriana Floret, pela disponibilidade e por gentilmente cederem os desenhos técnicos do edifício tomado como caso de estudo no exercício 1; (iii) Anarchlab, representadas pelo Arq. Pedro Silva e Arq. Alice Silva, por gentilmente cederem informação técnica sobre o edifício tomado como caso de estudo no exercício 2; (iv) Futureng, representada pelo Eng.º João Santos, pela gentileza em fornecer o dimensionamento e estimativa de custos para executar a variante em estrutura ligeira em aço galvanizado (LSF), utilizada no exercício 2; (v) Climar, representada pelo Eng.º Eduardo Sucena, pelo apoio, troca de ideias e experiência transmitida sobre a instalação de tetos tensados em membrana; (vi) Tolniber, pelo apoio técnico e montagem do protótipo experimental; (vii) Architen Landrell, representada por Amy Wilson, pela informação transmitida sobre os projetos de reabilitação com membranas arquitetónicas realizados pela empresa; (viii) ECCON, representada pela Arqt.ª Veronika Rothweiller, pela informação disponibilizada sobre a manutenção dos sistemas mecânicos e elétricos das soluções retráteis para estruturas em membrana; (ix) Sprung, representada por Paulo Nobriega, pela informação técnica facultada; (x) Holsoct, pela informação técnica disponibilizada sobre os painéis encapsulados em membrana de ETFE e (xi) Gherzi GmbH, representada por Carmen Trautmann e Hendrik Van Delden, pelo fornecimento de dados estatísticos sobre o mercado Buildtech . E finalmente à minha família e amigos, por todo o apoio, o meu muito obrigada. v DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. vi RESUMO Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios A atual e crescente importância atribuída ao impacto ambiental leva os projetistas a combinar o uso de materiais energeticamente eficientes com soluções técnicas que maximizem a poupança de recursos. Utilizadas essencialmente em estruturas exteriores de cobertura e proteções solares, as membranas arquitetónicas estão no entanto vocacionados para participar noutras aplicações construtivas. Neste sentido, o principal objetivo desta tese consistiu em avaliar a eficiência de tecnologias construtivas com membranas arquitetónicas, comparandoas relativamente às soluções convencionalmente utilizadas em intervenções de reabilitação funcional de edifícios. Para tal: (1) realizou-se uma análise do estado do conhecimento sobre reabilitação com membranas, com base num inventário de setenta projetos; (2) conceberam-se e avaliaram-se, através de ensaios numéricos e experimentais, soluções de reabilitação em membrana com potencial para melhorar o desempenho funcional de edifícios existentes e (3) aplicou-se um modelo multicritério que combina técnicas de apoio à tomada de decisão (AHP e SAW) e uma análise de sensibilidade, para determinar a eficiência relativa das soluções em membrana segundo critérios funcionais, técnico-construtivos, económicos, ambientais, de segurança, socioculturais e percetivos. A eficiência relativa das soluções em membrana foi avaliada através de três testes/casos de estudo em contextos de reabilitação específicos, numa relação de proximidade com a peculiaridade dos edifícios existentes, com o intuito de validar a utilização de soluções em membrana enquanto alternativas às convencionalmente utilizadas. Cada estudo representou uma abordagem arquitetónica comum em intervenções de reabilitação funcional - integração, sobreposição e reposição - preenchendo lacunas de investigação associadas ao uso de tecnologias de reabilitação com membranas arquitetónicas. A avaliação da eficiência depende de muitos critérios com escalas e interpretações nem sempre convergentes. Deste modo, concebeu-se, testou-se e validou-se um modelo de avaliação multicritério, acompanhado de uma analise de sensibilidade para auxiliar o processo de tomada de decisão a vários níveis, de modo a promover uma visão holística e estruturada do problema que permitisse encontrar a solução de reabilitação mais eficiente para um conjunto de critérios distintos. A aplicação deste método a casos de estudos concretos salientou o interesse das soluções propostas e confirmou a hipótese de que as soluções de reabilitação em membrana constituem uma alternativa eficiente às soluções convencionais. Com os diferentes exercícios, mostrou-se que é possível, no âmbito de uma reabilitação funcional, melhorar diferentes aspetos do edifício em simultâneo. Em particular, não é contraditório visar, simultaneamente, uma abordagem estética coerente, com uma redução do consumo de energia e uma melhoria do conforto, com consequentes vantagens económicas e ambientais. Como resultado, obtiveram-se respostas às seguintes questões: (Q1) Qual a eficiência relativa das soluções de reabilitação com membranas? (Q2) Quais os aspetos avaliados que mais beneficiam/ penalizam a eficiência das soluções em membrana? Quando é que as soluções com membranas arquitetónicas constituem uma alternativa eficiente às convencionais para a reabilitação de edifícios? Com esta tese demonstrou-se que as soluções de reabilitação com membranas arquitetónicas constituem alternativas eficientes às soluções convencionais de referência, em cenários de reabilitação funcional, sobretudo quando o peso e a reversibilidade/ repetibilidade constituem importantes fatores de decisão. Em suma, as soluções de reabilitação com membranas permitem que os edifícios se adaptem e atualizem segundo aspetos contemporâneos de sustentabilidade, apresentando-se como alternativas eficientes às soluções convencionais, com contributos para uma construção sustentável e inovadora. Contudo, apesar da crescente evolução dos materiais em membrana no passado recente, ainda existe um longo caminho a percorrer para que possam ser aceites e consideradas sustentáveis, também do ponto de vista social e cultural, sobretudo quando envolvem construções destinadas a uso residencial. Por fim, com base nas conclusões retiradas desta tese, sugerem-se algumas pistas para desenvolvimentos futuros. Palavras chave: reabilitação funcional de edifícios; membranas arquitetónicas; integração; sobreposição; reposição; avaliação da eficiência relativa. vii ABSTRACT Evaluating the potential of using architectural membranes as an efficient alternative in the functional refurbishment of buildings The current and growing importance attributed to environmental impact leads designers to combine the use of energy-efficient materials with technical solutions that maximize resources savings. Used mainly in roofing and exterior solar protection structures, the architectural membranes are however intended to participate in other constructive applications. In this sense, the main objective of this thesis is to evaluate the efficiency of constructive technologies with architectural membranes and comparing them to the conventional solutions, with focus on interventions for building’s functional refurbishment. For this: (1) it was made the analysis of the state of knowledge about refurbishment with membranes based on a project’s inventory of 70 cases; (2) it were designed and evaluated, through numerical and some experimental tests, membrane refurbishment solutions with potential to improve functional performance of existing buildings and (3) it was designed and applied a multicriteria model, which combines decision support techniques (AHP and SAW) and a sensitivity analysis, to determine the relative efficiency of membrane solutions according to functional, technical-constructive, economic, environmental, safety, sociocultural and perceptual criteria. The relative efficiency of membrane solutions was evaluated through three tests/case studies in specific refurbishment contexts, in a close relationship to the peculiarity of existing buildings, in order to validate the use of membrane refurbishment solutions as alternatives to the conventional ones. Each study represented a common architectural approach to functional refurbishment interventions - integration, juxtaposition and replacement - filling research gaps associated with the use of refurbishment technologies with architectural membrane materials. The efficiency evaluation depends on many criteria with scales and interpretations not always converging. Thus, a multicriteria evaluation model was conceived, tested and validated, to aid the multi-level decision-making process in order to promote a holistic and structured view of the problem, making it possible to find the most efficient refurbishment solution for a set of distinct criteria. The application of this method to real case studies underlined the interest of the proposed solutions and confirmed the hypothesis that membrane refurbishment solutions constitute an efficient alternative to conventional ones. Through the different exercises/ case studies it was shown that it is possible, within a functional refurbishment action, improving different building aspects at once. In particular, it is not contradictory to target both a consistent aesthetic approach with an energy-consumption reduction and comfort improvement, with consequent economic and environmental benefits. As result, it were answered the questions: (Q1) What is the relative efficiency of membrane refurbishment solutions? (Q2) Which evaluated aspects benefit/penalize most the efficiency of membrane refurbishment solutions? (Q3) When do architectural membrane solutions constitute an efficient alternative to conventional ones for buildings refurbishment? With this thesis, it was demonstrated that architectural membrane refurbishment solutions are efficient alternatives to conventional reference ones in functional rehabilitation scenarios, especially when weight and reversibility/repeatability are important decision factors. In synthesis, refurbishment solutions with membranes allow buildings to adapt and update according to contemporary aspects of sustainability, being themselves efficient alternatives to conventional solutions, with contributions for a sustainable and innovative constructed environment. However, despite the increasing evolution of membrane materials in the recent past, there is still a long way to go so that they can be accepted and considered sustainable, also from the social and cultural point of view, especially in buildings for residential use. Finally, based on the conclusions drawn from this thesis, some clues are suggested for future developments. Keywords: functional building’s rehabilitation; architectural membranes; integration; juxtaposition; replacement; evaluation of relative efficiency. xiv Figura 4.29. Relação entre o custo por metro quadrado e o sistema construtivo em membrana. ...................... 75 Figura 4.30. Relação entre o custo por metro quadrado e o tipo de intervenção de reabilitação com membranas arquitetónicas. .............................................................................................................................. 75 Figura 4.31. Relação entre o custo por metro quadrado da intervenção com membrana e o ano de construção do edifício pré-existente. ............................................................................................................... 75 Figura 4.32. Relação entre o custo por metro quadrado da intervenção com membrana e o grau de intervenção. .................................................................................................................................................... 75 Figura 4.33. Relação entre o custo por metro quadrado da intervenção e a área superficial de membrana aplicada. ...................................................................................................................................... 75 Figura 4.34. (a) Estação de comboios de Dresden (antes e depois da intervenção); (b) Camellia house (antes e depois da intervenção). ................................................................................................................. 77 Figura 4.35. (a) Igreja kostel Povýšení sv. Kříže – reconstituição de teto abobadado para melhoria do desempenho acústico; (b) Igreja de Corbera d’Ebre; (c) Clube de Ténis Bourg-la-Reine – substituição da cobertura com melhoria das condições lumínicas; (d) Museu de Bolonha (BarrisoL, 2016). ...... 77 Figura 4.36. (a) Sede da empresa Imagination – vista exterior e interior (Architen, 2016); (b) Infantário de Wismar – antes e depois (ENOB, 2016); (c) Junta de Freguesia de Fukiya (Ishii, 1995); (d) Escritórios Logan – vista interior (Newmat, 2016). ........................................................................ 78 Figura 4.37. (a) Hotel Evidencia light (Evidencia, 2016), (b) Palácio de Irgatza (Bat Spain, 2016); (c) Fuchun Kosa Zou Ma Lou (Archimixing, 2016); (d) Casa Shishiodoshi (Avignon Clouet, 2015). .................. 79 Figura 4.38. Esquema concetual da estratégia de mistura de pesos na reabilitação funcional de edifícios. ........ 80 Figura 4.39. Exemplos de reabilitação funcional de fachadas com membranas (antes e depois): (a) Casa em Munique (Kroersch, 2016); (b) Sede da empresa EDF (Ménard, 2013); (c) Westarven (Crone, 2008) e (d) KWO Grimselstrom (Texlon, 2016). ....................................................................................... 81 Figura 4.40. (a) Museu Schlüterhof (antes e depois) (Nocke & Hilge, 2004); (b) escritórios do Ministério da Cultura Dinamarquês, projetado por Louise Campbell & Marianne Britt Jorgensen. (foto da autora); (c) fachada em membrana “capitonê” num edifício localizado em Basileia, Suíça; (d) vista transversal do ginásio reabilitado com teto em membrana - Benedictine Abbey, Pannonhalma, Hungria. ....................................................................................................................................... 83 Figura 4.41. Estratégias com membranas para evitar o sobreaquecimento do espaço interior intervencionado. 84 Figura 4.42. (a) Cobertura dos desvãos do edifício “Her Majesty’s Treasury”, Londres, 2002. (b) Kapuzinercarrée, Aachen,2002. .................................................................................................... 86 Figura 4.43. (a) National Gallery, Londres, 2003. (b) Sede da empresa Jean-Paul Gaultier, Paris, 2004. ........... 86 Figura 4.44. Colapso de cobertura devido a queda de neve intensa em 2014 (Fujimi, Japão): (a) Cobertura leve convencional com revestimento metálico e (b) cobertura alternativa com membrana (Kumagaya Sports Park) (Kawaguchi, 2017). (c) Meios auxiliares de proteção. ................................................ 87 Figura 4.45. Vistas interiores da Igreja de St.Ignatus-Loyola (refªT.13, Anexo 4) antes e depois a intervenção (Barrisol, 2018). ........................................................................................................................... 88 Figura 4.46. (a) Por serem leves e flexíveis, as aberturas de ventilação em membrana de ETFE podem ser muito maiores do que as aberturas convencionais; (b) ativação de sistema de corte da membrana de ETFE com um fio quente, em torno do perímetro da cobertura, para promover a ventilação do espaço subjacente (Lecuyer, 2008); (c) átrio do hotel DomAquarée (Voss, 2018). ..................................... 89 Figura 4.47. Edificio da empresa têxtil Komatsu Seiren no Japão, envolvido por centenas de cabos de fibra de carbono – Cabkoma – que no conjunto funcionam como um tecido, uma membrana, atuando como elemento de reforço sísmico (conceção arq. de Kengo Kuma) (Komatsu Matere, 2018)................. 90 Figura 4.48. (a) esquema de montagem de uma variante da solução ADjustMembrane (© Macieira, M. apud Mendonça, 2014). (b) Conceito de teto falso em membrana retrátil - para redução do volume útil para climatização/melhoria das condições acústicas de espaços com pé direito elevado. .............. 91 Figura 4.49. Pormenores de ancoragem: (a) no “Hospital Feminino” (México); (b) de mastros e cabos da estrutura de membrana sobre a laje de betão armado do “Palácio de Mineria” (México). ............... 96 Figura 4.50. (a) Exemplo de estrutura híbrida – protótipo experimental (Lihenard & Knippers, 2015). (b) Instalação com as estruturas hibridas desenvolvidas no âmbito do projeto de investigação Isoropia para a 16ª Bienal de Arquitetura em Veneza (Inke, 2018). ............................................................ 98 xv CAPITULO 5 Figura 5.1. Fluxograma do processo adotado no modelo de avaliação proposto (adaptado de Clemen & Reilly (2001)). …………………………………………………………………………………………………………………….104 Figura 5.2. Exemplo de estrutura hierárquica AHP para selecionar a melhor/mais eficiente solução de reabilitação funcional. ………………………………………………………………………………………………….105 Figura 5.3. (a) Algoritmo para determinar o peso dos critérios através da comparação por pares (adaptado de Tupenaite et al. (2010)).(b) visualização parcial do questionário realizado com Transparent Choice AHP tool (2018). …………………………………………………………………………………………………………106 Figura 5.4. Esquema síntese com as etapas do processo de verificação da taxa de consistência. ……………….107 Figura 5.5. Exemplo de “árvore de decisão” utilizada para determinar qual a melhor alternativa (aparece destacada com cor diferente) para resolver um problema de decisão multicritério. Gráfico obtido através da aplicação informática Precision Tree da Palisade Decision Tools (2018). ………………..108 CAPITULO 6 Figura 6.1. Imagem síntese das soluções construtivas de referência para encerramento de varandas (à esquerda) e alternativa proposta em membrana (à direita). ......................................................... 109 Figura 6.2. Dados anuais de irradiação global na Europa; potencial de energia fotovoltaica (Enterra, 2018). ... 111 Figura 6.3. (a) Percentagem de trabalhos de reabilitação por tipo de intervenção (adaptado de INE, 2017). (b) Tipos de intervenção de reabilitação com membranas. ................................................................ 111 Figura 6.4. (a) e (c) Estufa adossada durante o dia (adaptado de MENDONÇA, 2005); (b) e (d) Estufa adossada durante a noite com sistema termossifão de fluxo do ar. ............................................................. 114 Figura 6.5. Sistema de fluxo de calor suportado por dispositivos mecânicos. .................................................. 114 Figura 6.6. Transmissão solar típica de vários polímeros e membranas, numa faixa de radiação solar UV, visível e próxima de IR (0.25 -2.5 μm comprimento de onda (wavelength)), comparativamente ao vidro (Ming Wei Sun apud Knippers et al., 2011). ................................................................................ 115 Figura 6.7. Esquemas em planta de estufas: (a) estufa integrada e (b) estufa adossada i (Mendonça, 2005). . 117 Figura 6.8. Varandas envidraçadas (estufa integrada) tradicionais, localizadas em edifícios dos finais do século XIX no Porto. .............................................................................................................................. 117 Figura 6.9. Estufas integradas num edifício contemporâneo – projeto de reabilitação do edifício de habitação coletiva, Bairro da Bouça (2004), Porto....................................................................................... 117 Figura 6.10. Exemplos de ampliações horizontais com criação de estufas adossadas: (a) “Greffe habitable” (enxerto habitável) (Moniteur, 2016); (b) Hi-pod (©BKK + Peter Elliott + Urban Design). .............. 118 Figura 6.11. Vistas exteriores das fachadas e perspetiva de uma das varandas a intervencionar. .................... 119 Figura 6.12. Plantas do edifício tomado como caso de estudo (gentilmente cedidas pela Arquiteta Adriana Floret (Floret, 2017)). ........................................................................................................................... 120 Figura 6.13. Exemplos de soluções de estufas integradas em Portugal: (a) solução tradicional (Porto); (b) e (c) soluções tradicionais (Valença do Minho); (d) mistura de soluções tradicionais e convencionais (Porto); (e) e (f) soluções contemporâneas, (Porto). ..................................................................... 121 Figura 6.14. Exemplos de estufas correntemente utilizadas, exemplos recolhidos em edifícios localizados na cidade do Porto: (a) e (b) estufas tradicionais; (c), (d), (e) estufas convencionais. ........................ 121 Figura 6.15. (a) Exemplo de membrana aplicada como elemento de proteção provisória durante intervenção de reabilitação. (b) Exemplos de cortina vertical e cobertura de alpendre em membrana impressa com imagem de ardosia (creditos autora) e (c) cortinas verticais com outras configurações (Total Cover, 2015). (d) Proposta de solução de encerramento de varanda com membrana pneumática (em almofadas modulares (créditos: autora). (e) Exemplos de estufas com membrana de PVC cristal (Graça & Mendes Lda., 2016). .................................................................................................... 122 Figura 6.16. (a) Exemplo de padrão aplicado sobre a membrana para conferir privacidade. (b) Exemplo de aplicação de padrão alusivo aos sistemas de caixilharia tradicional para vidros sobre membrana transparente (créditos: autora). ................................................................................................... 122 Figura 6.17. Esquematização dos princípios adotados na conceção da solução proposta. .............................. 123 Figura 6.18. Ilustração da solução no período diurno na estação de (a) aquecimento e de (b) arrefecimento. . 123 Figura 6.19. (a) As cortinas tradicionais podem resultar em significativas reduções de perdas de calor pelas janelas. (b) Imagem capturada com camara termográfica que mostra os benefícios das portadas de xvi madeira (à direita), comparativamente a não ter (à esquerda), ou ter apenas cortinas (ao centro) (Baker, 2008). ............................................................................................................................ 124 Figura 6.20. (a) Tradicionais portadas de madeira e (b) portadas restauradas com membrana super isolante de aerogel, (c) fluxo dinâmico de temperatura de um compartimento com as portadas restauradas e testadas por Baker (2008) .......................................................................................................... 124 Figura 6.21. (a) Portadas de vidro que atuam como vidros duplos. (b) Membrana de ETFE tensada e com padrão refletor que pode ser utilizada para execução de portadas alternativas às de vidro. ...................... 124 Figura 6.22. (a) Membrana com material de mudança de fase, para retenção de calor pelo lado interior da membrana transparente que encerra a varanda. (b) Resultados experimentais da adoção de soluções em membrana para melhoria do isolamento térmico de superfícies envidraçadas, medidos e testados por Baker (2008). ...................................................................................................... 125 Figura 6.23. (a) Variedade de dimensões dos painéis encapsulados em dupla membrana de ETFE (Holsoct, 2017). (b) Ilustração dos painéis encapsulados em membrana ETFE instalados na vertical para encerramento de uma varanda. .................................................................................................. 125 Figura 6.24. Pormenores construtivos. Secção transversal e longitudinal com indicação dos componentes que constituem a solução EM (em membrana de PVC cristal). ........................................................... 126 Figura 6.25. Detalhes do sistema de cortina vertical com tecnologia de calha zip (Oztech, 2019; Shy-Zip, 2019). .................................................................................................................................................. 127 Figura 6.26. Cortina vertical em PVC cristal tensada para encerramento da varanda do edifício selecionado como caso de estudo. .......................................................................................................................... 127 Figura 6.27. Registo fotográfico da montagem do protótipo. ........................................................................... 128 Figura 6.28. Esquema do método adotado para avaliação da eficiência das soluções alternativas com membranas arquitetónicas. ........................................................................................................ 128 Figura 6.29. Fachada tardoz com as diferentes soluções de referência para estufa integrada numa intervenção de reabilitação funcional. ............................................................................................................ 129 Figura 6.30. Fachada tardoz com e sem as diferentes soluções alternativas de estufa com membranas ......... 129 Figura 6.31. Balanço térmico: (a) numa zona genérica (Gonçalves, 2010); (b) de varandas encerradas com elementos transparentes em diferentes estações do ano (Hilliaho, 2017). ................................... 132 Figura 6.32. Modelo desenhado em DesignBuilder. ....................................................................................... 132 Figura 6.33. Localização dos registadores com sensores de humidade e temperatura do ar. .......................... 134 Figura 6.34. Localização dos registadores com sensores de humidade e temperatura do ar na Estufa Tradicional (ET) existente (direita) e no compartimento adjacente (esquerda) na semana de verão. ............... 135 Figura 6.35. Validação do modelo para a EM na semana de inverno. ............................................................. 137 Figura 6.36. Validação do modelo para a ET e EM para a semana de verão. .................................................. 138 Figura 6.37. Validação do CAEM na semana de inverno. ................................................................................ 138 Figura 6.38. Validação do CAEM e CAET na semana de verão. ...................................................................... 138 Figura 6.39. Validação do CSE para a semana de inverno. ............................................................................. 139 Figura 6.40. Validação do CSE para a semana de verão. ................................................................................ 139 Figura 6.41. Análise comparativa entre os vários tipos de estufas e o compartimento habitável adjacente com e sem estufas – cenários 1 e 2 (de cima para baixo), um dia de uma semana típica de inverno. .... 141 Figura 6.42. Comparativo entre os vários tipos de estufas e o compartimento habitável adjacente com e sem estufas – cenários 1 e 2 (de cima para baixo), num dia de uma semana típica de verão. ............. 142 Figura 6.43. Comparativo entre os cenários 1, 2 e 3 para o compartimento sem estufa – num dia de uma semana típica de inverno e de uma semana típica de verão (de cima para baixo). ....................... 143 Figura 6.44.Redução do consumo energético do edifício sem e com os vários tipos de estufa em análise (em cima) e para compartimento sem ou adjacente à estufa (em baixo) - Cenário 1 segundo a orientação solar. .......................................................................................................................................... 146 Figura 6.45. Percentagem de redução/aumento do consumo energético do compartimento adjacente às estufas, relativamente ao compartimento sem estufa - para arrefecimento (acima) e aquecimento (abaixo) – no Cenário 1 e segundo orientação solar. ................................................................................... 147 Figurab 6.46. Comparação do consumo energético anual entre Cenário 1 e o Cenário 2 (com adoção de medidas passivas de arrefecimento e aquecimento) – p/o edifício sem e com estufas. ................ 148 xvii Figura 6.47. Comparação do consumo energético anual entre Cenário 1 e o Cenário 2 (com adoção de medidas passivas de arrefecimento e aquecimento) – p/o compartimento sem e adjacente às estufas. ..... 148 Figura 6.48. Consumo energético para arrefecimento do compartimento adjacente cenário 1 e 2. ................. 149 Figura 6.49. Consumo energético com aquecimento do Compartimento adjacente nos cenários 1 e 2. .......... 149 Figura 6.50. Comparação dos aspetos de termo energéticos (valores em percentagem) entre o edifício sem e com intervenção de reabilitação, através da integração de diferentes soluções de estufas: tradicionais, convencionais, contemporâneas e alternativas com membranas arquitetónicas. Globalmente, a melhor solução é a que apresenta o polígono com menor área. .......................... 150 Figura 6.51. Comparação entre as soluções de reabilitação segundo os resultados ACV (valores em percentagem). Globalmente, a melhor solução é a que apresenta o polígono com menor área. ... 154 Figura 6.52. Comparação do impacto ambiental entre todas as etapas da ACV segundo os indicadores com maior impacto (PAG e EI). .......................................................................................................... 155 Figura 6.53. Comparativo do processo de instalação entre as soluções de membrana (a) e de vidro (b) para encerrar as varandas do edifício tomado como caso de estudo. ................................................... 156 Figura 6.54. Conceito de eficiência aplicado à avaliação multicritério. Estrutura hierárquica para a seleção da solução construtiva mais eficiente para a intervenção de reabilitação com abordagem de integração. .................................................................................................................................................. 157 Figura 6.55. Comparação entre as diversas soluções de ampliação inseridas no edifício (edifício como um todo). .................................................................................................................................................. 159 Figura 6.56. Árvore de decisão 'Melhor solução de integração'. Gráfico obtido com a utilização da aplicação “Precision Tree” da ferramenta informática Decision Tools Suite (DTS) Industrial student version 7.6 (2018). ...................................................................................................................................... 161 Figura 6.57. Valores de eficiência esperados para cada alternativa em análise, de acordo com a variação individual de cada critério. Gráficos obtidos com a utilização da aplicação Precision Tree da ferramenta informática Decision Tools Suite v. 7.6 (2018) .......................................................... 163 CAPITULO 7 Figura 7.1.Ilustração da intervenção de ampliação vertical com solução alternativa em membrana sobre edifício antigo. ....................................................................................................................... ................. 167 Figura 7.2. Proporção de edifícios concluídos por tipo de obra (2010 - 2015) (INE, 2016). ............................. 168 Figura 7-3. Peso das obras de reabilitação no total de obras concluídas por NUTS II (20109 e 2015) (INE, 2016). ........................................................................................................................................ 168 Figura 7.4. Peso das obras de alteração, de ampliação e reconstrução relativamente ao total de obras de reabilitação concluídas por NUTS II (2015) (adaptado de INE, 2016). ......................................... 169 Figura 7.5. Obras de ampliação na Região Autónoma da Madeira: (a) estimadas para 2013 e 2015 em função do tipo de uso; (b) número médio de pisos por edifício com obras de ampliação concluídas entre 2000 e 2012. ............................................................................................................................. 170 Figura 7.6. Obras de ampliação na Região Autónoma dos Açores: (a) estimadas para 2013 e 2015 em função do tipo de uso; (b) número médio de pisos por edifício com obras de ampliação concluídas entre 2000 e 2012. ............................................................................................................................. 170 Figura 7.7. Obras de ampliação na cidade do Porto: (a) estimadas para 2013 e 2015 em função do tipo de uso; (b) número médio de pisos por edifício com obras de ampliação concluídas entre 2000 e 2012. . 170 Figura 7.8. Ampliações verticais: (a) edifícios com pisos recuados (Avenida Boavista, Porto); (b) ampliações verticais em edifícios na cidade do Porto – maqueta de uma casa antiga do Porto (Teixeira, 2013); (c) ampliações verticais na cidade de Guimarães (Casas de Ressalto na Praça Santiago e na Rua Gravador Molarinho). .................................................................................................................. 171 Figura 7.9. Imagens alusivas às iniciativas de reabilitação de edifícios a partir das suas coberturas: (a) Lisboa; (b) Barcelona. .................................................................................................................... .............. 172 Figura 7.10. (a) Reabilitação com ampliação, Torre Pall Mall e Coliseum, construída em 1920 em Manchester (©http://manchesterhistory.net). (b) Uma construção pode ser extremamente ligeira, como esta caravana da Airstream, criada em 1936, que pode ser puxada por uma bicicleta (© www.fuelyourcreativity.com apud LCT, 2013).(c) Ampliação vertical com sistema construtivo em madeira –cobertura com espaço de exposição da fábrica ARDENO (Tirana, Albânia); (d) Cobertura xviii plana acessível, com camara de ar, cuja camada superior pode ser removida para aligeirar o edifício existente (LCT, 2016). ................................................................................................................ 173 Figura 7.11. Casos avaliados em análise de ciclo de vida para as seguintes alternativas de reabilitação energética de um edifício (da esquerda para a direita): 1) manter o edifício existente; 2) reabilitação ligeira; 3) reabilitação profunda; 4) reabilitação ligeira + ampliação vertical com adição de energias renováveis e 5) demolição e reconstrução (WALD et al, 2015). .................................................... 174 Figura 7.12. Resultados do estudo de Wald et al. (2015): (a) energia incorporada nas diferentes fases do ciclo de vida para todos os cenários analisados; (b) tempo de amortização (em anos) de energia primária incorporada (cor verde claro) e potencial de aquecimento global (cor verde escuro) com as respetivas emissões ao longo do ciclo de vida para as variantes analisadas. ................................ 174 Figura 7.13. Falkestrasse, Viena, 1988 (Coop Himmelblau, 2016). ................................................................ 176 Figura 7.14. (a) Secção transversal da ampliação dos escritórios Centrais do NNH & ING Bank em Budapeste, projetado por Erick van Egeraat associated architects (EEA) e (b) ampliação efetuada na Fábrica Fiat Lingotto, em Turim, projetada por Renzo Piano. .......................................................................... 176 Figura 7.15. Exemplos contemporâneos de intervenções de reabilitação com ampliações verticais: (a) Neo leo vertical living, projetado por Luderwaldt Verhoff (2005, Alemanha); (b) Lister Mills Bradford, projetado por Urban Splash (2013, Reino Unido); (c) Didden village, projetado por MRDV (2006, Holanda). ................................................................................................................................... 177 Figura 7.16. (a) Exemplo nacional de intervenções de ampliação vertical, cidade do Porto. (b) Exemplo de trapeira e (c) de mirante. ............................................................................................................ 178 Figura 7.17. Edifícios com trapeiras, Porto. Tipos de trapeiras e mirantes (adaptado de Clark, 1989 apud Douglas, 2006). ......................................................................................................................... 179 Figura 7.18. Modelo construtivo das casas burguesas do Porto – planta do piso recuado, corte longitudinal e alçados da rua e de tardoz (Teixeira & Povoas, 2009). ................................................................ 179 Figura 7.19. Exemplo de piso recuado em edifícios localizados na cidade do Porto. ....................................... 179 Figura 7.20. Modelo construtivo das casas burguesas do Porto – Pormenores tipo (Teixeira & Povoas, 2009). 179 Figura 7.21. Edifícios com andares de ressalto: (a) na Rua Gravador Molarinho, Guimarães; na região do Douro - (b) Santa Cruz, Armamar e (c) Granja do Tedo, Tabuaço; (d) exemplos de apoio do ressalto: (d1) cachorros (d2) Caibros de soalho (Martins, 2000). ...................................................................... 180 Figura 7.22. Exemplos de ampliação vertical e horizontal (da esquerda para a direita) na ilha da Madeira. ..... 180 Figura 7.23. Planta de implantação da autoria, e gentilmente cedida, pelo gabinete de arquitetura Anarchlab (2017); foto do edifício no cruzamento das duas ruas (antes e após a intervenção). .................... 181 Figura 7.24. Foto do piso recuado, plantas e cortes do edifício em estudo no seu estado original, da autoria, e gentilmente cedidos, pelo gabinete de arquitetura Anarchlab (2017). .......................................... 181 Figura 7.25. Maqueta de uma casa antiga do Porto. Pormenor dos lancis da parede da fachada, da estrutura das paredes de tabique do piso ampliado (integralmente em madeira) e da cobertura. (Teixeira, 2004). .................................................................................................................................................. 182 Figura 7.26. Pormenor tipo da estrutura dos sobrados de uma casa com três frentes. Neste exemplo, o apoio das vigas principais do sobrado em frente a cada abertura é feito através de cadeias, assentes nas vigas, as quais se apoiam nos panos de parede sem aberturas (Teixeira, 2004). ......................... 182 Figura 7.27. Pormenor de uma parede exterior do piso recuado em tabique simples reforçado (adaptado de Teixeira (2004)). ......................................................................................................................... 183 Figura 7.28. Plantas e cortes do projeto de reabilitação, com ampliação vertical em madeira, da autoria de Anarchlab (2015) (desenhos gentilmente cedidos por Anarchlab). ............................................... 184 Figura 7.29. Esquema estrutural do projeto de reabilitação do edifício com solução em madeira para a ampliação vertical, projetado pelo Engenheiro civil Jerónimo Botelho (fontes: foto da autora e desenhos gentilmente cedidos por Anarchlab (2017)). ................................................................ 185 Figura 7.30. Fotos dos elementos a manter, reforçar e construir (créditos: autora). ........................................ 185 Figura 7.31. Exemplos de ampliação vertical envolvendo uma estrutura em LSF sobre edifício existente. ........ 186 Figura 7.32. Tipos de intervenções nos projetos em análise, reabilitados com membranas. ............................ 186 Figura 7.33. Tipo de ampliação verificada nos projetos em análise, reabilitados com membranas. ................. 186 Figura 7.34. Ampliações verticais com membranas: (a) piso recuado com cobertura em membrana (Portugal); (b) Shishiodoshi house - dois pisos sobrepostos ao edifício original com revestimento da envolvente xix exterior em membrana (França); (c) substituição total de uma claraboia sob a proteção de uma estrutura com membrana para assegurar a proteção do interior deste edifício histórico (Sprung, 2017); (d) escritório da empresa Airclad com módulo prefabricado e pneumático (Airclad, 2016); (e) mirante com estrutura metálica e revestimento em membrana (© arquitetoldos). ....................... 187 Figura 7.35. (a) Vista exterior e interior de ampliação vertical temporária em membrana, instalada na cobertura de um edifício antigo, Carnegie Hall, em Nova Iorque (Wright, 2017) e (b) abrigos militares com vigas pneumáticas em membrana (Federal Fabrics, 2017). ......................................................... 188 Figura 7.36. Edifício experimental Même House, concebido pelo arquiteto Kengo Kuma em 2013 (Archello, 2018). A superfície em membrana é produzida em estaleiro e instalada de forma rápida em obra, com recurso a meios de elevação mecânicos. ............................................................................. 188 Figura 7.37. Esquema concetual da solução proposta - SAM. ......................................................................... 190 Figura 7.38. Pormenor da estrutura proposta – ligação ao existente. .............................................................. 190 Figura 7.39. Esquema com sequência da intervenção de reabilitação: (a) edifício existente; (b) remoção da cobertura inclinada e das vigas de pavimento que estavam danificadas e execução de novas vigas em madeira lamelada; (c) sequência de montagem da ampliação vertical SAM. .......................... 192 Figura 7.40. Ilustração do processo de montagem de uma estrutura com membrana (adaptado de Sprung, 2017). ........................................................................................................................................ 192 Figura 7.41. Exemplos de intervenções de reabilitação em que foi necessário adotar soluções leves para viabilizar a execução de operações de manutenção e ampliação vertical. ..................................... 193 Figura 7.42. Geometria da membrana da solução em estudo, (tipo anticlastica) obtida através de ferramenta informática Formfinder (2016) que permite determinar a forma de equilíbrio da mesma – processo denominado de “form finding”. ................................................................................................... 194 Figura 7.43. Placas de apoio em neopreno (Rothoblaas, 2018). Ideal para a realização de apoios estruturais e vínculos estáticos com dois graus de folga. ................................................................................. 195 Figura 7.44. Porta-pilar (da esquerda para a direita): em “T” com lâmina interna (Rothoblaas, 2018) com ligação superior à viga; duplo – com ligação lateral a viga de madeira..................................................... 195 Figura 7.45. Exemplos de ligações para forças de tração, da estrutura da SAM ao edifício existente: (a) cantoneira para forças de tração – chapa tridimensional em aço com zincagem galvânica; (b) chapa para forças de tração - chapa bidimensional furada de aço com zincagem galvânica (Rothoblaas, 2018). ........................................................................................................................................ 196 Figura 7.46. Exemplos de ligações da estrutura da SAM ao existente: (a) (b) laje ou vigas, (c) paredes. .......... 196 Figura 7.47. Pormenor construtivos: (a) SAM recuada do alinhamento da fachada; (b) contraventamento dos pórticos. ..................................................................................................................................... 196 Figura 7.48. Pormenor construtivo da solução proposta no alinhamento da fachada. Sistemas de tensionamento de fachadas em membrana: 1. barra de tensionamento embolsada e 2. sistema tipo keder (IFAI, 2008). ........................................................................................................................................ 197 Figura 7.49. (a) Exemplo de impressão gráfica em membranasmembrana betuminosa com efeito 3D (4.2mm e), por impressão gráfica, que reproduz a imagem de telhas. (b)Tipos de janelas especificamente desenhadas para integrarem soluções de envolvente exterior com membrana (Sprung, 2016). .... 197 Figura 7.50. Pormenor de integração de chaminé na casa experimental “Même” revestida a membrana de poliéster com PVDF (arquiteto Kengo Kuma & Associates) (Archello, 2018). ................................ 198 Figura 7.51. Deve-se prever a colocação de linhas que afastem os pássaros das superfícies em membrana para evitar danos e manter as superfícies limpas durante mais tempo. ............................................... 198 Figura 7.52. Constituição da cobertura e parede exterior da SAMb (desenho adaptado de Sprung, 2016). ...... 199 Figura 7.53. Resultados detalhados: condensação intersticial cumulativa mensal; quando os valores são negativos ocorre evaporação. ...................................................................................................... 200 Figura 7.54. Grelhas de ventilação: (a) autorregulável num caixilho (ARALCO FlatAir); (b) na cavidade de solução construtiva de claraboia composta com membrana dupla de ETFE tensionada e com caixa-de-ar entre si (foto da biblioteca da Escola Superior de Saúde da Universidade de Aveiro). (c) Pormenor de coletor de água de condensação na envolvente exterior da SAM. ................................................. 201 Figura 7.55. (a) Comparação entre BioPCMTMQ24 (com as várias temperaturas de fusão (M – melting) e espessuras de paredes de alvenaria de tijolo; (b) Membrana com “bolsas” de PCM incorporado (PhaseChange, 2017). ................................................................................................................ 202 xx Figura 7.56. Cobertura em membrana vegetal - conceito de promoção da biodiversidade através de soluções leves para integrar em edifícios existentes: (a) membrana vegetal VGTEX (2017); (b) membrana vegetal com substrato orgânico de Heinzelmann et al, (2015); (c) aplicação da membrana vegetal ao caso de estudo. .......................................................................................................................... 202 Figura 7.57. Ilustração das soluções alternativas variantes. ............................................................................ 203 Figura 7.58. Indice de redução sonora de acordo com a norma ISO 717-1 dos elementos construtivos da envolvente exterior das soluções em estudo. Resultados obtidos com a ferramenta informática Olive Tree Lab 4.0 (OTL) (Pemard, 2017). ........................................................................................... 204 Figura 7.59. Imagens do projeto Soft Cities (Kvarch, 2009) - conceito aplicado aos edifícios antigos da cidade do Porto. ......................................................................................................................................... 205 Figura 7.60. Protótipo “Polar Bear Pavillion”, uma estrutura em membrana energeticamente suficiente. Fonte: ITV/TAO GmbH. ......................................................................................................................... 205 Figura 7.61. Esquema da metodologia geral adotada para avaliação da eficiência de cada solução em estudo. .................................................................................................................................................. 206 Figura 7.62. Visão geral das soluções em estudo. .......................................................................................... 207 Figura 7.63. Peças desenhadas de arquitetura com identificação dos pisos do edifício em análise e dos espaços uteis e não uteis. ........................................................................................................................ 209 Figura 7.64. Modelo executado em Design Builder. ........................................................................................ 209 Figura 7.65. Variação da temperatura do ar interior na parte ampliada e no piso subjacente a esta numa semana típica de inverno. ........................................................................................................................ 211 Figura 7.66. Variação da temperatura do ar interior na parte ampliada e no piso subjacente a esta numa semana típica de verão. ........................................................................................................................... 212 Figura 7.67. Variação da sensação de conforto térmico segundo o índice de Fanger (Predicted Mean Vote – PMV) – semana de inverno. ................................................................................................................. 212 Figura 7.68. Variação da sensação de conforto térmico segundo o índice de Fanger (Predicted Mean Vote – PMV) – semana de verão. .................................................................................................................... 213 Figura 7.69. Variação da temperatura interior na parte ampliada e no piso subjacente numa semana típica de inverno. ...................................................................................................................................... 213 Figura 7.70. Variação da temperatura interior na parte ampliada e no piso subjacente numa semana típica de verão. ........................................................................................................................ ................. 214 Figura 7.71. Variação da sensação de conforto térmico segundo o índice de Fanger (Predicted Mean Vote – PMV) – semana de inverno. ................................................................................................................. 214 Figura 7.72. Variação da sensação de conforto térmico segundo o índice de Fanger (Predicted Mean Vote – PMV) – semana de verão. .................................................................................................................... 214 Figura 7.73. Balanço térmico anual das várias soluções de ampliação e do edifício no estado original através dos elementos construtivos e da infiltração de ar. .............................................................................. 216 Figura 7.74. Consumo energético das soluções de ampliação vertical comparado entre si e com o consumo energético do edifício REFc/ST. .................................................................................................. 216 Figura 7.75. Comparação dos aspetos Termo energéticos entre as soluções convencionais e alternativas em análise para ampliação vertical (valores em percentagem). Globalmente, a melhor solução é a que apresenta o polígono com menor área. ....................................................................................... 217 Figura 7.76. Zonas climáticas de Portugal para a estação de inverno e de verão (Despacho n.º15793-F/2013) com cidades em estudo assinaladas. .......................................................................................... 218 Figura 7.77. Consumo energético anual por área útil para o edifício com as diferentes soluções de ampliação vertical, localizado em diferentes zonas climáticas nacionais. ...................................................... 219 Figura 7.78. Necessidades de aquecimento e arrefecimento das soluções de ampliação vertical em diferentes zonas climáticas. ........................................................................................................................ 220 Figura 7.79. Percentagem de consumo energético para aquecimento e arrefecimento. .................................. 221 Figura 7.80. Consumo energético da parte ampliada e do piso subjacente com as várias soluções construtivas e em vários cenários climáticos. .................................................................................................... 221 Figura 7.81. Comparação dos impactos ambientais de todas as soluções de reabilitação com ampliação vertical, segundo os resultados ACV (da Tabela 7.28, convertidos em percentagem). ............................... 226 xxi Figura 7.82. Comparação entre soluções segundo os indicadores PAG e EI e para todas as etapas ACV (valor em percentagem relativamente à solução com maior impacto. .......................................................... 226 Figura 7.83. Análise económica do ciclo de vida das intervenções de ampliação em estudo. .......................... 228 Figura 7.84. Custo global do edifício, com e sem intervenção de reabilitação. Cálculo do período de retorno do cenário de reabilitação com ampliações convencionais e alternativas relativamente ao cenário inicial – edifício no estado original (c/ST existente). .............................................................................. 230 Figura 7.85. Comparação dos aspetos económicos das soluções de ampliação vertical em análise (valores em percentagem, relativamente à melhor solução para cada critério). Globalmente, a melhor solução é a que apresenta o polígono com menor área. ............................................................................. 232 Figura 7.86. Comparação entre as diversas soluções de ampliação inseridas no edifício – edifício como um todo. .................................................................................................................................................. 234 Figura 7.87. Árvore de decisão 'Melhor solução de sobreposição'. Gráfico obtido com a utilização da aplicação “Precision Tree” da ferramenta informática Decision Tools Suite (DTS) Industrial student version 7.6 (2018). ...................................................................................................................................... 236 Figura 7.88. Valores de eficiência esperados para cada alternativa em análise, de acordo com a variação individual de cada critério. Gráficos obtidos com a utilização da aplicação Precision Tree da ferramenta informática Decision Tools Suite v. 7.6 (2018). ......................................................... 237 CAPITULO 8 Figura 8.1. Fotomontagem com a solução de reposição do teto abobadado da Igreja do Carmo - alternativa em membrana. ................................................................................................................................ 242 Figura 8.2. Bibracte, Mount Beuvray (França) concebido pelo arquiteto Paul Andreu: (a) arqueologistas em atividade sob a proteção da cobertura temporária em membrana; (b) vista da estrutura em membrana, com os balastros após queda de neve e maquete concetual da solução modular; (c) painéis verticais móveis para regular a ventilação interior (Archeologicalshelters, 2012). .............. 245 Figura 8.3.Castelo de Bellever (Maiorca, Espanha): (a) desenhos gerais da estrutura amovivel (desenhos elaborados por Ramon Sastre); (b) etapas de instalação da cobertura insuflavel (foto de Ramon Sastre apud Zanelli, 2015); (c) Pormenores de ligação da cobertura aos elementos resistentes existentes; (d) balastros de ancoragem da estrutura em membrana (totalmente reversiveis) (Tensinet, 2010). ........................................................................................................................ 246 Figura 8.4. Ruinas do castelo de Thierstein (Suíça) - contraste entre a nova estrutura temporária entre as ruinas: (a) vista panorâmica da cobertura inserida na ruina; (b) vista interior do espaço coberto com estrutura em membrana; (c) vista axonométrica (Kugel, 2013). ................................................... 246 Figura 8.5. Exemplos de coberturas retrateis anteriores ao século XX: (a) velarium do coliseu de Roma; (b) teatros improvisados em edifícios existentes denominados de “Mansiones” com coberturas retráteis – imagem de Marco Marcola, a Commedia dell’arte na Arena de Verona, em 1772 (Kronenburg, 1995). ........................................................................................................................................ 246 Figura 8.6. Diagrama de movimentos possíveis para as construções leves (Otto, 1971 apud Zanelli, 2015a). . 247 Figura 8.7. Cobertura em membrana retrátil da Camara Municipal de Viena (Tilner & Willinger, 2018). .......... 247 Figura 8.8. Palácio de Salzburgo, 2012: (a) as duas configurações principais do pátio e mecanismos de abertura e fecho da cobertura retrátil: ao ar livre (esquerda) ou coberto por uma membrana de PTFE (à direita); (b) a estrutura retráctil de proteção contra a chuva pode ser removida/recolhida na sua totalidade no final da temporada e, como se observa na seção transversal, o edifício existente não é afetado, sendo apenas são aplicadas pequenas forças horizontais nas fachadas; (c) e (d) viga reticular que suporta a cobertura de membrana (fixa) e calhas de deslize da membrana retrátil. .. 248 Figura 8.9. Castelo de Weitra, 2006 (fotos de Markisen): (a) quatro guarda-chuvas retangulares protegem 750 m2 de pátio da chuva; (a) vista de baixo, durante o fecho dos guarda-chuvas e vista de cima, configuração totalmente aberta. Pormenores construtivos: (b) e (c) cada braço principal é equipado com um perfil metálico que forma uma das seções do guarda-chuva na configuração fechada. ... 248 Figura 8.10. (a) Sequência de abertura (aprox. 530 m2) em 5 minutos (b) vista do arco formado na fachada norte (à esquerda), que abriga a totalidade da cobertura na posição de recolha, vista da fachada sul (à direita) (Gollnitz apud Zanelli (2015)); (c) modelo tridimensional da estrutura primária de suporte e do sistema de fixação aos edifícios existentes e adjacentes (Arch22 + Str.ucture); (d) vista de cima noturna e diurna; (e) pormenores dos elementos de deslize (Kugel, 2014). ................................. 249 xxii Figura 8.11. Cobertura retrátil e pneumática: (a) Hangar portátil em membrana de poliéster revestida a PTFE (Tektoniks, 2018); (b) composta por Elementos rígidos insufláveis no edifício da Pacific Test Range, 2013 (Tektoniks, 2018); (c) membrana dupla de ETFE em Casting house - Landschaftspark Duisburg-Nord, Alemanha (2003). .............................................................................................. 249 Figura 8.12. Tipos de cobertura pneumática e retrátil em membrana (Kawaguchi, 2000). .............................. 250 Figura 8.13. Protótipo de um sistema de cobertura: (a) em membrana retrátil; (b) em membrana retrátil e pneumática; (c) em membrana suportado pelo ar (Kawaguchi, 2000). ........................................ 250 Figura 8.14. (a) Ortofotomapa com localização do MAC (adaptado de VIEIRA (2013); (b) vista aérea do MAC (© Landsat/ Copernicus); (c) vista da capela-mor desde o Elevador de Santa Justa; (d) vista interior da nave. .......................................................................................................................................... 251 Figura 8.15. Enquadramento cronológico – visão geral da relação entre os abalos sísmicos e os pedidos de reposição da cobertura (elaborado com base na informação disponível em Monumentos, 2017). 251 Figura 8.16. Modelo tridimensional da Igreja do Carmo antes do terramoto de 1755 (Arnault & Fernandes, 2005). ........................................................................................................................................ 251 Figura 8.17. Planta de cobertura e plantas esquemáticas com indicação do programa funcional da igreja gótica do Carmo: A. Nave principal; B. Nave lateral; C. Transepto; D. Altar principal; E. Capelas laterais; F. Sacristia. Planta com o programa funcional das ruinas da igreja convertida no MAC: 1.Coleções da Pré e Prohistória; 2.Escultura e Epigrafia (do Romano ao islâmico); 3.Escultura Medieval e Moderna, Heráldica; 4.Coleções exóticas e Biblioteca Histórica da AAP; 5.Escultura, Epigrafia e Azulejaria. . 252 Figura 8.18. Desenhos dos alçados frontal, tardoz e lateral (executados pela autora com base no cruzamento entre dimensões obtidas num levantamento in situ e desenhos da autoria do arquiteto Carlos Castanheira publicados em Vieira (2013)). .................................................................................. 253 Figura 8.19. Fotomontagem do alçado da nave lateral (à esquerda da entrada). ............................................. 253 Figura 8. 20. Fotomontagem do alçado da nave lateral (à direita da entrada). Secção longitudinal (executada pela autora com base no cruzamento entre dimensões obtidas in situ e desenho da autoria do arquiteto Carlos Castanheira publicado em Vieira (2013)). ......................................................................... 253 Figura 8.21. Fotomontagem do alçado transversal em direção à entrada principal.......................................... 253 Figura 8.22. Fotomontagem do alçado transversal oposto à entrada principal. ............................................... 253 Figura 8.23. Exemplo de eventos públicos promovidos pela Associação de Arqueólogos Portugueses (AAP), no espaço do MAC, para sensibilizar a população da importância do património cultural. Vistas de eventos promovidos durante o dia e noite no verão. .................................................................... 253 Figura 8.24. Análise dos ventos com Formit 360 pro © (licensa académica autodesk) para a localização do caso de estudo. .................................................................................................................................. 254 Figura 8.25. (a) Operação de consolidação/regularização do espaço entre arcos com o enchimento dos mesmos - vista do terraço da cabeceira, 1954.(b) Espaço entre arcos a regularizar (proposta)................... 256 Figura 8.26. Vista axonométrica explodida da estrutura das soluções de cobertura (a) e (b) propostas. (c) Pormenores de ligação da estrutura da cobertura aos elementos estruturais existentes, ao nível do coroamento. ............................................................................................................................... 256 Figura 8.27. (a) Projeto da cobertura das ruínas da Igreja do Carmo em ferro e vidro (IAN/TT, Arquivo Histórico do Ministério das Finanças-Ministério do Reino. Plantas Cx.5277, IV/C/121 (17) apud Arnault & Fernandes (2005). (b) Exemplo de cobertura vítrea contemporânea do projeto da cobertura da Igreja do Carmo: Estufas do Jardim Botânico de Lion (1857). ............................................................... 256 Figura 8.28. (a) Exemplo de cobertura em vidro executada para encerrar um edifício em ruina - Igreja de S. Petri Pauli (Alemanha). (b) Exemplo de estrutura primária e secundária metálica a adotar na conceção da solução convencional de cobertura em vidro: pormenor 3D e da secção transversal (RPTecnik, 2016). ........................................................................................................................................ 257 Figura 8.29. Configuração da cobertura convencional em vidro simples e estrutura primária em aço e secundária em alumínio. .............................................................................................................................. 257 Figura 8.30. Configuração Exemplo de pormenor construtivo de cobertura com vidro simples. ....................... 258 Figura 8.31. Esquema de aplicação do conceito adotado: (a) operação do sistema retrátil; (b) e (c) cenários com a cobertura transparente permanente e teto abobadado translúcido e retrátil. ............................. 259 Figura 8.32. Exemplo de teto em membrana digitalmente impressa e com iluminação incorporada (Barrisol, 2018). ........................................................................................................................................ 259 xxiii Figura 8.33. Exemplo de aplicação de membrana dupla de ETFE na em janelas: (a) solução pneumática – San Michele Arcangelo (Canobbio, 2018); (b) solução tensada através de encapsulamento de aro - KWO Grimselstrom (Texlon, 2018). ..................................................................................................... 259 Figura 8.34. (a) Estado atual dos arcos existentes. (b) Proposta de conexão da estrutura da cobertura aos elementos resistentes existentes (fotomontagem) - cobertura autoportante (axonometria explodida); travamento horizontal assinalado a cor vermelha -Inclusão de elementos de contraventamento – cabos com esticadores – entre vigas de coroamento. .................................................................. 260 Figura 8.35. Ligação da cobertura à estrutura existente: 1) cota da cobertura; 2) elemento de distribuição de cargas/ coroamento; 3) ancoragens pontuais; (4) reposição do enchimento em falta entre os arcos existentes, com material adequado para o efeito. ........................................................................ 260 Figura 8.36. Frossilo, Copenhaga, MVRDV (2005). A cobertura é autoportante, em membrana pneumática de ETFE, com treliças. ..................................................................................................................... 260 Figura 8.37. Etapas de montagem de uma cobertura em membrana, com formato em abobada de berço com secção ogival (Monita, 2015). ..................................................................................................... 260 Figura 8.38. (a) Planta de cobertura do MAC, com a solução de cobertura em vidro (CV, à esquerda) e em membrana (CM, à direita). (b) Exemplo de aplicação de perfil de selagem, fixação perimetral e cabos de aço embebidos em bolsas de membrana ETFE, soldadas à membrana de revestimento exterior. .................................................................................................................................................. 261 Figura 8.39. Corte transversal da nave com a cobertura e teto retrátil em membrana. .................................... 262 Figura 8.40. Pormenor da ligação da cobertura proposta aos elementos existentes. ....................................... 262 Figura 8.41. (a) Pormenor de ligação da solução em membrana ao existente. Tipos de ligações/ modos de tensionamento/ reforço da membrana de ETFE: (b) reforço da membrana simples de ETFE com cabos embebidos em bolsas de ETFE (Birdair, 2018); (c) (d) com canal de drenagem. ................ 263 Figura 8.42. Teto abobadado retrátil com nervuras pneumáticas: (a) posição retraída e estendido; (b) imagem da cobertura interior da capela lateral da Igreja do Carmo com nervuras em cantaria de pedra; (c) composição e esquema de funcionamento; (d) válvula de insuflação central - “chave” (Gybe, 2018). .................................................................................................................................................. 264 Figura 8.43. Anatomia de uma nervura pneumática (adaptado de Cyclocamping (2018)). .............................. 265 Figura 8.44. Exemplos de aplicação de vigas pneumáticas: a) cobertura insuflável para a central de autocarros do aeroporto de Heathrow (Lindstrand, 2006); (b) hangar “Transportable Maintenance Enclosure (TME)” (concebido por FTL Happold) (Bell, 2018). ...................................................................... 265 Figura 8.45. Pormenores das ligações superiores (S) e inferiores (I e I’) do teto abobadado com nervuras pneumáticas ao existente. .......................................................................................................... 266 Figura 8.46. Desenhos do alçado frontal, alçado tardoz, alçado lateral e secção longitudinal do MAC com a cobertura alternativa proposta. ................................................................................................... 267 Figura 8.47. Ilustração do antes e após implementação da solução alternativa com membrana: (a) vista do transepto (b) vista da nave. ......................................................................................................... 267 Figura 8.48. Esquema do método adotado para avaliação da eficiência.......................................................... 268 Figura 8.49. Vista geral das ruinas da Igreja do Carmo/MAC com todas as soluções/configurações em avaliação. .................................................................................................................................................. 268 Figura 8.50. Distribuição (percentagem) da localização e tipo de eventos realizados na Igreja do Carmo/MAC de 2015 a 2018 (informação gentilmente cedida pelo MAC): (a) tipo de eventos acústicos realizados na nave em ruina; (b) tipo de eventos acústicos realizados no auditório interior e (c) localização dos eventos. ..................................................................................................................................... 270 Figura 8.51. Modelos virtuais do edifício com as configurações/soluções de reabilitação em avaliação. .......... 271 Figura 8.52. Características dimensionais do espaço em análise e localização dos pontos de medição (fontes e recetores), considerados nos ensaios numéricos. ........................................................................ 272 Figura 8.53. Pormenor construtivo de cobertura em membrana ETFE com membrana de supressão de ruido adicional: 1. manilha; 2. membrana de supressão de ruido; 3. anilha de suporte; 4. cordão de fibra de vidro; 5. cordão de nylon com Ø 3mm; 6. keder prefixado em polietileno; 7. suporte (adaptado de LeCuyer, 2008). ......................................................................................................................... 273 1 Capítulo 01 Introdução O presente capítulo encontra-se dividido em oito secções, nas quais, e após o devido enquadramento (secções 1.1 e 1.2), é apresentado o problema de investigação, destinatários e objetivos (secções 1.3, 1.4 e 1.5). A metodologia de investigação adotada é explicada na secção 1.6 e conclui-se este capítulo descrevendo a estrutura desta tese (secção 1.7). 1.1. Enquadramento do tema Em menos de um século, a população mundial septuplicou (US Census Bureau, 2004) e o parque edificado aumentou para acompanhar esse crescimento. No entanto, essa expansão nem sempre foi ambientalmente eficiente (Juan et al ., 2009) e, por isso, a reabilitação de edifícios tem assumido um importante papel no panorama da atividade de construção. De acordo com estimativas publicadas, esta atividade tem crescido e em 2017 representou na Europa cerca de 51% do volume total de investimento (Euroconstruct, 2018). Na União Europeia (EU) a percentagem de edifícios construídos antes dos anos 90 é geralmente superior a 80%, o que enfatiza a importância deste setor (Itard et al ., 2008). Em Portugal existem 1.44 unidades habitacionais por agregado familiar e 38.1% dos edifícios necessitam de obras de reabilitação urgentes, sobretudo para melhorar o comportamento sísmico e o conforto higrotérmico (INE, 2011). Além disso, estamos a utilizar o nosso planeta para além da sua capacidade: segundo Ewing et al . (2018) estima-se que seriam necessários 1,7 planetas (Figura 1.1) para repor todos os recursos naturais esgotados 1 . A indústria da construção é uma atividade responsável por uma parcela significativa dos impactos ambientais negativos em termos de consumo final de energia (40% na UE), emissão de gases com efeito de estufa (50% na UE) e produção de resíduos (22% - 859.49 x 106 toneladas por ano na UE e 8.08 x 106 toneladas por ano em Portugal) e um elevado consumo anual de água (588 x 106 m3 em Portugal) (OMHM, 2010; BPIE, 2011; Ferreira, Pinheiro & Brito, 2013). Neste quadro, a UE tem vindo a estabelecer metas e a definir politicas com vista à preservação ambiental e racionalização dos recursos (CE, 2003; Diretiva 2010/31/EU, 2010). A procura de soluções para atingir estas metas no setor da construção passa por combinar a reabilitação do parque edificado existente com os princípios de construção sustentável, definidos por Kibert (2008) como “ a criação e gestão responsável de um ambiente construído saudável baseado na utilização eficiente de recursos e em princípios ecológicos'' . Contudo, os projetos de reabilitação são normalmente caracterizados por elevados níveis de incerteza e risco, devido à falta de informação e à complexidade das tarefas associadas (Lee & Gilleard, 2002). Por isso, são necessárias ferramentas adequadas para apoiar a tomada de decisão. Isso tem estimulado o surgimento de métodos concebidos para fornecer as melhores medidas de reabilitação e que integrem abordagens ambientais, económicas e funcionais, como é o caso do exemplo da abordagem adotada na presente tese. Define-se reabilitação como o conjunto de ações que visam a melhoria das condições dos edifícios existentes do ponto de vista físico, funcional e ambiental (Genre, Flourentzos & Stockli, 2000), garantindo a preservação da identidade e valores culturais intrínsecos relevantes. A reabilitação de edifícios é em si um veículo para a sustentabilidade do ambiente natural, construído e socio-humano, na medida em que se enquadra, à escala do património edificado, na lógica de ciclo fechado – reutilizando o existente e transformando-o, sempre que necessário, por forma a dar continuidade à sua utilização e à eficaz correspondência às exigências renovadas. 1 A data do de superação do planeta Terra é calculada comparando o consumo anual total da humanidade (Pegada Ecológica) com a capacidade da Terra de regenerar recursos naturais renováveis no anos em análise (bio capacidade). Um país só terá um dia de superação se a sua Pegada Ecológica por pessoa for maior que a bio capacidade global (1,68 gha). Os países cuja Pegada Ecológica por pessoa é inferior à bio capacidade global não têm um dia de superação e, portanto, não estão incluídos na Figura 1.1(a). Capitulo 1: introdução 2 Para que tal seja possível, deve haver, à priori, quer em nova construção, quer na própria reabilitação, a preocupação de dotar as construções dessa capacidade de persistir e evoluir continuamente, optando por materiais e sistemas construtivos duráveis, reversíveis, reparáveis e polivalentes, para maximizar a compatibilização com futuras intervenções. (a) (b) Figura 1.1. Data em que a pegada ecológica da humanidade esgotará os recursos do planeta Terra: (a) estimativa por país; (b) estimativa mundial entre 1969 a 2018. Fonte: Global Footprint Network (2018). O parque edificado europeu caracteriza-se pela utilização de tecnologias construtivas com recurso a materiais maciços, pesados, caracterizados por elevadas espessuras, tanto em construções novas como na reabilitação de edifícios existentes. Mas as tendências atuais mostram que os estilos de vida estão a mudar e que os novos materiais estão a tornar-se cada vez mais importantes no sector conservador da construção. Entre estes materiais, as membranas arquitetónicas (têxteis, poliméricas e compósitas) assumem cada vez mais quotas de mercado (Ollenhauer, 2011). Durante muitos anos, estas têm sido utilizadas, principalmente, como membranas impermeáveis e revestimentos de paredes interiores. Contudo, recentemente estão a tornar-se o componente chave de fachadas inovadoras, sistemas de sombreamento e até elementos para a renovação estética, térmica e acústica, graças à flexibilidade, leveza e reduzida espessura destes materais. Globalmente, a sua caracterização está a melhorar e o seu desempenho tem transformado a sua utilização, passando de uma simples camada de acabamento para um elemento integrador de múltiplas funções. Por exemplo, os novos materiais têxteis, denominados de “têxteis inteligentes”, podem ser funcionalizados, integrando na própria membrana conteúdos de alta tecnologia invisíveis a olho nu. Assim, as membranas tornam-se sensíveis, quase obtêm qualidades sensoriais, tornando-se recetivas à pressão, ao calor, aos sons, etc. A necessidade de economizar recursos materiais e energéticos, aliada às preocupações ambientais e à incerteza na evolução da economia, induz a abordagens minimalistas na arquitetura e engenharia. Estas abordagens, denominadas por alguns autores de “Light-tech” (Horden, 1995) e “Eco-tech” (Slessor, 1997), apostam em soluções mais eficientes do ponto de vista mecânico e funcional. Mas nem sempre uma otimização mecânica corresponde a uma otimização funcional; por exemplo, a redução do peso traduz-se geralmente em problemas funcionais. Um edifício com soluções leves, devido à reduzida massa térmica e insuficiente isolamento acústico, pode ser problemático do ponto de vista do conforto. Mas se estes problemas forem solucionados, podem ser soluções interessantes do ponto de vista da sustentabilidade (Almeida et al., 2005; Mendonça, 2005). Segundo Mendonça (2005) a estratégia de integrar elementos com massa térmica não convencional, ou combinar elementos pesados e leves pode obviar este problema. O contributo destas estratégias neste contexto será alvo de avaliação, pois o desempenho dos edifícios existentes a reabilitar (com soluções construtivas geralmente pesadas) pode ser complementado com membranas arquitetónicas (leves). Aumentar a eficiência energética na fase de utilização dos edifícios é o maior desafio da atualidade, normalmente referida ao consumo de energia (não renovável) para utilizar o edifício. Mas também temos de nos focar no consumo de energia e impacto ambiental dos materiais e processos tecnológicos utilizados nos edifícios, desde a sua produção à reciclagem ou aterro. Isto significa adicionar o tema da escassez de recursos e desperdícios. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 3 Comparado com outros ramos da indústria, o setor de construção ainda carece de eficiência e racionalização no uso de materiais. Segundo Cremers (2013), a taxa de reciclagem total neste setor é muito baixa. Por isso, é necessário estudar alternativas aos materiais e processos construtivos convencionais. Deste modo, na presente tese propõe-se avaliar a eficiência de soluções alternativas com membranas - comparativamente a soluções convencionais – considerando, para além dos aspetos funcionais, vários outros aspetos, como os de impacto ambiental. Relativamente à indústria da construção com membranas arquitetónicas, assiste-se a uma ambivalência crítica. Por um lado, utilizam-se polímeros que consomem grandes quantidades de energia na sua produção, associada a elevadas emissões poluentes de alguns materiais que compõem as membranas e que podem apresentar perigo para o ambiente e para os utilizadores. Por outro, as membranas possuem potencial para integrar sistemas construtivos e torná-los mais eficientes, com maiores poupanças energéticas, uma vez que utilizam materiais em reduzida quantidade, o que permite minorar o impacto ambiental associado à fase de construção e até obter ganhos energéticos na fase de utilização. Na última década, as indústrias têxtil e de polímeros têm investido no desenvolvimento de materiais têxteis técnicos e avançados (onde se incluem as membranas arquitetónicas) que ainda não foram significativamente implementados na construção civil com o aproveitamento de todas as suas potencialidades. Exemplos destes desenvolvimentos são: as membranas têxteis utilizadas na reabilitação de edifícios (proporcionando funções de reforço e monitorização) e as membranas compósitas de elevado desempenho à tração utilizados em sistemas avançados de cobertura para grandes áreas. No entanto, apesar dos benefícios mencionados, muitos profissionais do setor da construção não estão familiarizados com o comportamento e as características desses materiais. A falta de informação sobre o uso e as propriedades destes materiais, tanto para os profissionais projetistas como instaladores, limita a sua capacidade para alcançar elevados padrões na garantia da qualidade e gestão da construção. Além disso, para estes materiais de elevado desempenho, os atuais códigos ou regulamentos de construção podem não aplicar-se; aliás, novos códigos/especificações/diretrizes para a conceção, dimensionamento, construção e teste encontram-se em desenvolvimento. Em estudos anteriores (Macieira, 2012; Llorens & Zanelli, 2016; Macieira, Mendonça & Guedes, 2017) verificouse que existem soluções construtivas com materiais em membranas com potencial para a reabilitação funcional de edifícios. No entanto, existe a necessidade de avaliar e promover essas potencialidades junto de todos os intervenientes no processo de reabilitação, através da descrição do processo construtivo e da respetiva avaliação funcional, ambiental e económica e de avaliações multicritério da eficiência relativa das soluções de reabilitação com membranas, comparativamente às soluções convencionais de referência. Pela leveza, reversibilidade e neutralidade formal de tecnologias construtivas com membranas arquitetónicas, estas podem ser úteis em intervenções sobre edifícios existentes, nomeadamente em ampliações, renovações ou alterações. Enquanto paredes divisórias, tetos falsos, ou revestimentos, as membranas apresentam espessuras reduzidas (menos de 1 mm) permitindo grandes ganhos de área/volume útil, uma vantagem a considerar em espaços residenciais a reabilitar que, por inerência, estão condicionados às condições existentes. A solução Adjustmembrane (Mendonça & Macieira, 2013) e a solução “Aerogel-based textile wallpaper” (Masera et al., 2017) resultantes de projetos de investigação, entre outras, constituem exemplos deste tipo de aplicações. Existem soluções que permitem tensionar membranas sobre superfícies existentes adicionando apenas um centímetro de espessura (permitindo ocultar imperfeições presentes nas superfícies existentes causadas pela retração das argamassas, presença de humidade, etc.) (Macieira, 2012). Segundo Mollaert et al. (2003), adicionando uma membrana no interior de um espaço existente, é possível ter uma solução de reabilitação térmica e acústica. Este foi o caso da reconversão de um edifício industrial num bloco de escritórios (arquitetos Thomas Herzog e José Moro, 1997); o revestimento interior, com duas camadas de membrana PTFE transparente, melhorou o conforto interior sem reduzir a iluminação natural. Kawaguchi (2015) realizou investigação sobre a segurança dos ocupantes, um outro aspeto funcional importante, em edifícios de grandes vãos. Apontando os riscos associados aos tetos falsos em eventos sísmicos, propôs a utilização de tetos em membrana em vez de placas de gesso cartonado. Este dado é revelador da Capitulo 1: introdução 4 importância destas soluções em cenários de reabilitação, bem como de construção nova. Pressupõe-se que as soluções não estruturais em membrana, como os tetos falsos (Kawaguchi, 2015; Ogi et al ., 2012) e as divisórias em membrana (Macieira, 2012; Mendonça et al., 2014), tensadas entre as lajes de teto e pavimentos rígidos, podem garantir maior proteção/redução dos riscos para os ocupantes de um espaço interior em caso de sismo, pois as soluções mais rígidas, em caso de rotura, podem projetar material pesado para fora do seu plano. Além dos exemplos referidos, a inovadora aplicação de membranas em soluções de reabilitação térmica de fachadas, como se apresenta, por exemplo, nos projetos de reabilitação do edifício da EDF (concebido por JeanPaul Viguier & associados, 2008) e de uma casa em Munique (concebido pelo arquiteto Stefan Krötsch, 2012) constituem exemplos de alternativas às soluções convencionais de reabilitação energética de fachadas. Além disso, o estudo de Monticelli, Zanelli & Campioli (2013) também evidência uma redução do impacto ambiental associado a este tipo de soluções. Na presente tese, apresenta-se a avaliação da eficiência de soluções de reabilitação funcional com membranas em três abordagens arquitetónicas: de integração (encerramento de varandas existentes/ampliação horizontal/integração de espaços solares); de sobreposição (ampliação vertical) e de reposição (de um teto e cobertura). 1.2. Motivação A atual e crescente importância atribuída ao impacto ambiental leva os projetistas a combinar o uso de materiais energeticamente eficientes com soluções técnicas que maximizem a poupança de recursos. Com a necessidade de uma gestão cada vez mais prudente e eficiente, torna-se fundamental determinar quais as alternativas disponíveis. Perante este cenário, o presente estudo debruça-se sobre a avaliação da eficiência do emprego de materiais em membrana em soluções de reabilitação funcional de edifícios (Figura 1.2), de modo a determinar se as soluções com estes materiais constituem uma alternativa ambiental, económica e funcional às soluções convencionalmente utilizadas. Esta investigação é particularmente premente, dado que a promoção de soluções com membranas, para a melhoria do desempenho funcional de edifícios existentes, encontra-se em desenvolvimento e requer discussão e validação enquanto alternativa às soluções convencionais. Figura 1.2. Principais áreas de investigação da tese. 1.3. Problema de investigação/questões da tese Quando existem, limitações económicas, estruturais, funcionais e/ou ambientais ao uso de materais convencionais, é necessário encontrar alternativas. Com este estudo pretende-se analisar as tendências atuais e apontar desenvolvimentos futuros para soluções eficientes, sobretudo ao nível funcional, mas também ambiental, económico, construtivo e de proteção/mitigação de risco, com vista a uma maior sustentabilidade das ações de reabilitação. Esta tese centra-se na avaliação da eficiência de soluções construtivas com membranas arquitetónicas adequadas à reabilitação funcional de edifícios. Sumariamente, entende-se por: (i) reabilitação funcional – intervenção num edifício de modo a melhorar ou repor o seu desempenho funcional (associado a aspetos de utilização, espaciais, de conforto e energéticos); (ii) membranas arquitetónicas - material fibroso ou em pelicula, flexível, com reduzida espessura em relação à sua área superficial e que apenas apresenta estabilidade através Reabilitação funcional de edifícios Membranas arquitetónicas Avaliação da eficiência relativa Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 5 de forças de tensão; (iii) eficiência 2 - relação entre a quantidade de recursos empregues (mínima) e as melhorias obtidas tendo em conta um objectivo desejável (máximo). A arquitetura têxtil tem uma longa tradição para diferentes aplicações em várias condições ambientais. As suas vantagens, tais como permitirem construções leves e de rápida execução, adequam-na a aplicações complexas, como coberturas com grandes vãos, nomeadamente sobre estruturas de edifícios existentes (com requisitos e constrangimentos especiais), até simples abrigos de emergência. O facto de ser, em geral, uma construção de camada única resulta em fracas qualidades físicas, nomeadamente em défices de isolamento térmico ou acústico. Considerando o desafio de ter propriedades físicas (higrotérmicas e acústicas) semelhantes às das construções convencionais, nesta tese avaliam-se algumas possibilidades de soluções não convencionais para melhorar o desempenho das soluções de reabilitação com membranas. Através de três cenários/casos de estudo, serão exploradas essas alternativas nas seguintes abordagens (Figura 1.3): 1) integração; 2) sobreposição e 3) reposição. A sequência de apresentação dos casos de estudo reflete uma progressão na complexidade e escala de intervenção. A introdução gradual de aspetos mais complexos é feita do capítulo 6 ao capítulo 8. Por exemplo, no capítulo 6 introduz-se os aspetos de complementaridade das soluções em membrana com as construções existentes (explorando o desempenho solar passivo); no capítulo 7 abordam-se os aspetos construtivos e tecnológicos (de reversibilidade) e de desempenho termo energético em intervenções de ampliação vertical; e no capítulo 8 introduzem-se aspetos formais, estruturais, acústicos e lumínicos em intervenções de reposição de cobertura sem adição significativa de massa. Em todos os casos de estudo, a investigação será conduzida analisando aspetos ligados a: economia; desempenho funcional; tecnologia e processo construtivo; e impacto ambiental. O objetivo é estabelecer uma abordagem e análise orientada para demonstrar o potencial das intervenções de reabilitação que empregam materiais de membrana, como soluções eco-eficientes. A redução de peso através do uso da quantidade mínima necessária de material é uma forma de alcançar a ecoeficiência, facilitar a reciclagem, a reutilização e a flexibilidade (Brand 1994) (Berger 1996). Atualmente, os materiais de membrana podem satisfazer requisitos de durabilidade, resistência mecânica, propriedades lumínicas e outros aspetos que podem ser explorados em intervenções de reabilitação, dos quais, arquitetos e engenheiros podem tirar partido numa abordagem sustentável. Figura 1.3. Organigrama com os objetivos da tese. 2 Segundo OECD (2002) define-se como a relação entre os resultados desejáveis - qualitativos e quantitativos – e os dados de entrada; utilização da menor quantidade de recursos para alcançar os resultados desejados; alcançar os melhores resultados com emprego mínimo de recursos. Geralmente, para determinar a eficiência é necessário comparar abordagens alternativas para alcançar os mesmos resultados, de modo a garantir que o processo mais eficiente foi adotado. Reabilitação funcional de edifícios Abordagem de integração Abordagem de sobreposição Abordagem de reposição Aspetos económicos Aspetos sociais/ patrimoniais/ culturais Aspetos percetivos Aspetos de segurança Aspetos construtivos/ tecnológicos Aspetos funcionais Aspetos de impacto ambiental Avaliação multicritério da eficiência relativa, comparativame nte às soluções de reabilitação convencionais/ de referencia. As soluções de reabilitação com membrana constituem uma alternativa eficiente às soluções convencionais de referencia? Sim Não Em que cenários? Quais as potencialidades/ limitações? Quais as potencialidade/ limitações? Recomendações Recomendações Capitulo 1: introdução 6 Consideram-se como questões fundamentais desta tese as seguintes: Q1: Quais os aspetos avaliados que mais beneficiam/penalizam a eficiência das soluções em membrana? Quando é que as soluções com membranas arquitetónicas constituem uma alternativa eficiente para a reabilitação de edifícios, relativamente às soluções convencionais? Q2: Qual a eficiência relativa das soluções de reabilitação com membranas? As questões suplementares, para as quais se vai obtendo resposta ao longo da tese, as quais orientaram a revisão de literatura e o processo de seleção dos casos de estudo das soluções construtivas a avaliar foram as seguintes: Q ii O que é reabilitação funcional no âmbito deste estudo? Q iii Qual o retrato do mercado da reabilitação em Portugal e na União Europeia? Q iiii Quais os atuais e futuros desafios para a reabilitação funcional de edifícios? Q ivi O que são membranas arquitetónicas? Q vi Qual o retrato do mercado dos têxteis técnicos (onde se inserem as membranas arquitetónicas)? Q vii Qual o retrato geral das construções com membranas? Q viii Qual é a perceção geral dos instaladores de soluções construtivas com membranas? Q viiii Quais as suas potencialidades e limitações? Q ixi Qual o retrato do estado do conhecimento e das aplicações de membranas em soluções de reabilitação funcional de edifícios? Quais as lacunas existentes e que investigações existem em curso? Q xi Como pode ser estimulado o uso de membranas arquitetónicas em intervenções de reabilitação funcional? Que as abordagens/cenários devem ser avaliadas? Q xii Como avaliar a eficiência em contexto de reabilitação funcional? Q xiii Que soluções alternativas propor para os casos de estudo selecionados? Quais as recomendações para o desenho destas soluções? Q xiiii Que tecnologias de reabilitação com membranas têm potencial para alcançar uma redução significativa no consumo de energia na fase de utilização dos edifícios existentes, para climatização e/ou iluminação artificial? E para melhorar o desempenho acústico? Q xivi Em que medida a utilização destas soluções de reabilitação beneficiam o edifício existente? 1.4. Destinatários da investigação Existem algumas vantagens diretas na utilização de soluções de reabilitação com membranas arquitetónicas. Permitem: reduzir a energia incorporada, pela utilização de material em menor quantidade; reduzir os custos de transporte para o local de intervenção; reduzir os resíduos resultantes das atividades de reabilitação; aumentar a produtividade em obra; e facilitar a gestão do estaleiro em espaços normalmente exíguos e complexos. Tendencialmente, os custos são reduzidos, devido ao menor tempo de construção dispensado, à simplificação dos processos e à menor necessidade de utilização de equipamentos auxiliares e andaimes. Para a indústria, o conhecimento das potencialidades em estudo e o acesso aos resultados da análise funcional, económica e de impacto ambiental das soluções de reabilitação com membranas arquitetónicas, comparativamente às soluções convencionais, pode motivar o desenvolvimento, produção e implementação de muitos dos materiais e componentes destas soluções no mercado nacional, diminuindo o recurso à importação, já que o transporte tem peso importante no custo final. Também o público em geral e os profissionais relacionados com o setor da reabilitação de edifícios podem beneficiar positivamente dos resultados desta tese. 1.5. Objetivos O objetivo geral desta tese é o de avaliar teórica e experimentalmente, através de casos de estudo, a eficiência relativa do emprego de soluções de reabilitação com membranas. Para tal, pretende-se conceber um modelo multicritério de apoio à tomada de decisão no desenho de soluções de reabilitação, que permita determinar e comparar a eficiência de soluções de reabilitação com membranas com soluções convencionalmente utilizadas em intervenções de reabilitação. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 7 Os objetivos específicos desta tese são: (1) retratar o estado do conhecimento acerca da reabilitação com membranas, com o inventário de soluções de reabilitação existentes; (2) categorizar os tipos de abordagens arquitetónicas para a reabilitação funcional de edifícios e propor as soluções mais adequadas com membranas arquitetónicas; (3) mapear pormenores construtivos; (4) encontrar os critérios importantes para focar a avaliação da eficiência neste tipo de intervenções; (3) avaliar individualmente os critérios quantitativos (económicos, funcionais, construtivos e ambientais), através de ensaios experimentais e/ou numéricos, e qualitativos (percetivos, de segurança, sociais/patrimoniais) através de inquérito ao grupo de decisão; (4) analisar abordagens arquitetónicas de reabilitação funcional com membranas; (5) propor soluções alternativas com membranas; (6) desenvolver um modelo de avaliação da eficiência relativa dessas alternativas; (7) selecionar casos de estudo nacionais - cenários de reabilitação funcional de edifícios; (8) implementar o modelo de avaliação da eficiência através de exercícios com casos de estudo para as abordagens arquitetónicas identificadas no estado da arte (integração, sobreposição e reposição); (9) validar as escolhas, nomeadamente verificar se as soluções em membrana constituem alternativas eficientes às soluções de reabilitação convencionais e, formular recomendações para trabalhos futuros e para os agentes do setor da reabilitação de edifícios. 1.6. Metodologia de investigação A hipótese desta tese é que a implementação de soluções com membranas em intervenções de reabilitação funcional é ainda reduzida, não devido à sua falta de eficiência, mas à falta de conhecimento sobre a sua real eficiência neste contexto. O diagrama apresentado na Figura 1.5 apresenta uma visão global da metodologia adotada nesta tese. O primeiro passo consistiu em definir as questões de investigação (ver secção 1.3) para orientar a revisão de literatura e o processo de seleção dos casos de estudo das soluções construtivas a avaliar. Considerando o problema e os objetivos enunciados, a metodologia adotada nesta tese compreende as seguintes ações: 1. Retratar o estado do conhecimento sobre o setor da reabilitação e das membranas arquitetónicas - através de revisão da literatura, consulta de bases de dados estatísticos e inquéritos sobre a perceção geral das empresas nacionais e internacionais que executam soluções construtivas com membranas; 2. Retratar a reabilitação funcional com membranas e classificar abordagens arquitetónicas dominantes por elemento construtivo – através de revisão da literatura, consulta de bases de dados, recolha, inventário e análise de projetos, de modo a constituir um retrato sobre reabilitar com membranas; 3. Investigar como se processa a conceção e execução de soluções de reabilitação, em geral, e com membranas em particular; aferir potencialidades e limitações; 4. Construir um modelo multicritério de apoio à tomada de decisão, para avaliar a eficiência relativa das soluções de reabilitação com membranas – através de revisão da literatura sobre os métodos de avaliação multicritério no apoio à tomada de decisão em cenários de reabilitação e de análise de sensibilidade; 5. Identificar que critérios são relevantes para a avaliação - através de revisão da literatura e de inquérito (pelo processo de análise hierárquico – (AHP)) ao grupo de decisores estabelecido para cada caso de estudo; 6. Selecionar e caracterizar os casos de estudo (em Portugal) para implementar o modelo de avaliação referido – através de revisão da literatura, registo fotográfico e levantamento arquitetónico; 7. Propor soluções de reabilitação com membranas, alternativas às convencionais – através de revisão de tecnologias emergentes e correntes, com uma abordagem concetual e algum detalhe construtivo; 8. Avaliação individual de critérios quantitativos (relativo a aspetos económicos, funcionais, construtivos e de impacto ambiental) para cada solução em estudo - através de ferramentas para ensaios numéricos e/ou experimentais, consulta de publicações cientificas e de bases de dados; 9. Avaliação individual de critérios qualitativos – através de inquérito AHP ao grupo de decisores; 10. Avaliação da eficiência relativa de cada solução de reabilitação para um cenário base – através do modelo multicritério proposto no ponto 3 e 4 e de ferramentas informáticas de apoio à decisão; Capitulo 1: introdução 8 11. Avaliação da eficiência relativa de cada solução de reabilitação para variantes do cenário base, considerando a atribuição de outras ponderações para a importância de cada critério definido – através de análise de sensibilidade; 12. Discussão dos resultados – através de análise comparativa. O trabalho de investigação que deu origem a esta tese compreendeu as seguintes etapas fundamentais: análise do estado do conhecimento (Etapa 1); avaliação e estudo comparativo da eficiência relativa das soluções de reabilitação com membranas (Etapa 2) e disseminação (Etapa 3). A Etapa 1 compreendeu a análise do estado do conhecimento sobre o setor da reabilitação de edifícios, identificando necessidades e tendências, e sobre os materiais em membrana e as suas aplicações em intervenções de reabilitação de edifícios, através do inventário de tecnologias e projetos existentes e em desenvolvimento - identificando potencialidades e limitações/tendências. A Etapa 2 propôs abordagens/soluções arquitectónicas distintas (pela escala e complexidade, identificadas no estado da arte -Tabela 1.1) de reabilitação funcional, aplicadas em três casos de estudo 3 /testes para avaliação da sua eficiência relativa 4 através de ensaios numéricos e experimentais e de um modelo multicritério. Por fim, a Etapa 3 compreendeu a disseminação de resultados, através da produção desta tese e de artigos científicos revistos por pares da comunidade científica e de recomendações/propostas para desenvolvimentos futuros. Figura 1.4. Fluxograma da metodologia adotada nesta tese. 3 Como premissa da presente tese, os casos de estudo selecionados encontram-se em território nacional (Portugal). Pois, o facto de se encontrarem em território nacional facilitou a recolha de informação sobre os mesmos e, em alguns casos, permitiu a realização de ensaios experimentais in situ, de modo a aumentar a confiança nos resultados de ensaios numéricos .Os edifícios tomados como casos de estudo foram selecionados por apresentarem diferentes escalas e induzirem diferentes níveis de complexidade de intervenção. 4 Ou seja, comparativamente às soluções identificadas como convencionais (ou de referência, por serem correntemente utilizadas). Etapa de produção das matérias primas, construção e transporte Motivação Problema e objetivos da investigação Etapa de utilização + M anutenção Etapa de fim de vida •Peso total da solução •Energia incorporada •PAG (emissões CO2 incorporado) •Custo de construção •Desconstrução e demolição •Processamento de resíduos •Eliminação Final •Potencial de reutilização, reciclagem e valorização Avaliação da eficiência relativa das soluções alternativas com membranas arquitetónicas para a reabilitação funcional de edifícios antigos •Conforto térmico •Conforto luminico •Conforto acústico •Consumo de energia operacional •PAG (emissões CO2) •Energia incorporada •Custo energético operacional + •Custo de manutenção/reparação/ substituição •Energia incorporada •PAG •Resíduos gerados RECUSOS EM PREGUES RESULTADOS OBTIDOS Questões Metodologia de investigação Revisão da literatura Retrato do conhecimento sobre reabilitação funcional com membranas arquitetónicas + Selecionar abordagens arquitetónicas e lacunas de investigação para avaliar soluções/ tecnologias de reabilitação com membranas, comparativamente às convencionais + Conceção de modelo multicritério para a avaliação da eficiência de soluções de reabilitação Caso de estudo 1 Abordagem de integração Caso de estudo 2 Abordagem de sobreposição Caso de estudo 3 Abordagem de reposição Discussão de resultados Promover a aplicação de soluções de reabilitação com membranas e futuras atividades de I&D Conclusões Caracterização do caso de estudo Proposta de soluções alternativas em membrana Construir modelo para avaliação dos aspetos quantitativos Criação de modelo experimental para avaliar aspetos construtivos e realizar Ensaio experimental in situ Definição dos critérios de avaliação por um grupo de decisores Métodos (AHP e SAW) e ferramentas de apoio à tomada de decisão (Decision Tools ®) M odelo funciona Avaliação com ensaios e ferramentas numéricas Caracterização do caso de estudo Proposta de soluções alternativas em membrana Construir modelo para avaliação dos aspetos quantitativos Caracterização do caso de estudo Proposta de soluções alternativas em membrana Construir modelo para avaliação dos aspetos quantitativos Critérios de avaliação: funcionais económicos construtivos impacto ambiental segurança sociais e patrimoniais Percetivos Escala Complexidade ETAPA 1 ETAPA 2 ETAPA 3 - - + + + + + + Inquérito a empresas instaladoras de soluções construtivas com membranas Inventário de projetos de reabilitação funcional com membranas Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 9 Tabela 1.1. Visão global dos casos de estudo selecionados para avaliar a eficiência das soluções com membranas propostas. Abordagem arquitetónica da intervenção Teste 1 - Integração Teste2 - Sobreposição Teste 3 -Reposição Objetivo: Integração de elemento não estrutural transparente para encerrar varandas em edifícios antigos . Ampliação vertical sobre edifício com limitações estruturais. Reposição de cobertura e teto abobadado sem adição significativa de massa num edifício classificado como património. Escala da intervenção Pequena Média Grande Graduação da intervenção: Ligeira Média/profunda Excecional Aspetos para avaliar a eficiência da solução proposta: Económicos; patrimoniais e culturais; sociais; segurança (mitigação de riscos para os ocupantes); construtivos; funcionais e impacto ambiental (ACV e potencial de adaptação às alterações climáticas). 1.6.1. Resultados expectáveis Em síntese, espera-se obter: (1) um inventário com um conjunto de projetos de reabilitação realizados com membranas e a respetiva análise deste conjunto e (2) a avaliação da eficiência relativa de soluções de reabilitação com membranas através de uma abordagem multicritério. A abordagem multicritério adotada deve ajudar a manter uma visão global de cada solução, por parte dos agentes de tomada de decisão, evitando que uma solução seja eliminada apenas com base num único critério de desempenho. Existem poucos estudos sobre o tema da avaliação da eficiência de soluções com membranas; a maioria incide sobre construções novas. Esses estudos apontam as potencialidades das soluções construtivas com membranas, que são avaliadas na presente tese em contextos de reabilitação funcional de edifícios. 1.6.2. Limitações A avaliação é feita para cenários de reabilitação de edifícios localizados apenas em território nacional (Portugal) e para um número finito de alternativas. Contudo, os princípios fundamentais, provavelmente, também serão válidos noutros países e a expectativa é que mais alternativas possam ser adicionadas ao modelo de avaliação proposto. 1.7. Organização da tese A presente tese encontra-se organizada em nove capítulos (Figura 1.5) que integram as três etapas metodológicas fundamentais referidas anteriormente (Figura 1.4): análise do estado do conhecimento (Etapa 1), avaliação da eficiência (Etapa 2) e disseminação dos resultados (Etapa 3). O presente capítulo faz uma breve abordagem ao tema desta tese e ao seu enquadramento, indicando o problema de investigação, os objetivos; a metodologia de investigação, a estrutura da tese, os destinatários da investigação. O segundo e terceiro capítulos apresentam uma revisão do conhecimento. Abordam conceitos teóricos considerados fundamentais para a compreensão do trabalho que se segue, quer sobre o panorama da reabilitação de edifícios, em especial a reabilitação funcional, em Portugal e na Europa, quer sobre membranas arquitetónicas. O quarto capítulo debruça-se sobre a reabilitação funcional com membranas, através da análise de um inventário de projetos realizados e do retrato das tendências mais relevantes de aplicação de soluções de reabilitação com membranas. Identificam-se as abordagens arquitetónicas relevantes no âmbito da reabilitação com membranas e definem-se os casos de estudo sobre os quais se implementará o modelo de avaliação proposto no capítulo seguinte. O quinto capitulo apresenta o modelo multicritério proposto para a avaliação da eficiência relativa das soluções de reabilitação em estudo e os respetivos critérios. Inclui ainda uma revisão sobre os modelos de auxilio à tomada de decisão multicritério em cenários de reabilitação, bem como os pressupostos assumidos para a implementação do modelo adotado nos capítulos seguintes. Os sexto, sétimo e oitavo capítulos aplicam o modelo proposto no capítulo cinco. Apresentam os casos de estudo e as soluções de reabilitação alternativas (com membranas) e as convencionais. Caracterizam e descrevem, em Capitulo 1: introdução 10 detalhe, todos os ensaios experimentais e/ou numéricos efetuados e os resultados obtidos para os parâmetros medidos e que se relacionam com: aspetos funcionais, de impacto ambiental, económicos e tecnológicos/construtivos. Finalmente, efetuam uma análise comparativa entre as várias soluções estudadas, apresentam os resultados da avaliação da eficiência e propõem melhorias nas soluções. O nono capítulo expõe as principais conclusões da tese. Responde às questões apresentadas no primeiro capítulo e apresenta perspetivas de trabalhos futuros. Por último são apresentadas as referências bibliográficas utilizadas. Os anexos são dedicados sobretudo à apresentação dos cerca de 70 projetos de reabilitação com membranas analisados no Capítulo 4, bem como à análise detalhada dos aspetos tecnológicos/construtivos das soluções de reabilitação implementadas nos projetos analisados nesse capítulo. Etapa 1 Etapa 2 Estudo comparativo e simulação de desempenho funcional, construtivos, de impacto ambiental e económico. Figura 1.5. Esquema de organização da tese. EXERCICIO Nº 01 ABORDAGEM DE INTEGRAÇÃO Integrar nos limitesdo edificio existente. 06 EXERCICIO Nº 02 ABORDAGEM DE SOBREPOSIÇÃO Solução construtiva em membrana para ampliação vertical de edifícios antigos 07 EXERCICIO Nº 03 ABORDAGEM DE REPOSIÇÃO Repor a forma sem adicionar massa significativa. 08 CONCLUSOES 09 + ANEXOS (fichas síntese dos casos de estudo identificados no Capitulo 04 e análise detalhada de soluções por elemento construtivo) REABILITAÇÃO FUNCIONAL COM MEMBRANAS Abordagens arquitetónicas e potencialidades associadas 04 MEMBRANAS ARQUITETONICAS 03 REABILITAÇÃO 02 01 INTRODUÇÃO ANALISE DO ESTADO DO CONHECIM ENTO EXERCICIOS DE AVALIAÇÂO DA EFICIENCIA ATRAVÈS DE CASOS DE ESTUDO 05 MODELO ADOTADO PARA A AVALIAÇÃO MULTICRITERIO DA EFICIÊNCIA RELATIVA Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 17 Em 2017 o número de habitações reabilitadas (concluídas) cresceu até 21.1%, enquanto a conclusão de novas habitações aumentou apenas 4.6% (Euroconstruct, 2018b). A perspetiva do mercado residencial para os próximos anos é bastante otimista (Tabela 2.3). Tabela 2.3. Variação percentual em termos reais (volume) e por tipo de construção para Portugal (Euroconstruct, 2018b). Volume em milhões de euros(1) 2017 Variação percentual em termos reais (volume) Estimativa Previsão 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Nova 2626 -8.0 4.0 4.0 4.6 5.0 4.5 4.0 Construção residencial Reabilitação 5489 0.0 10.0 6.0 21.1 15.0 14.0 12.0 Total 8115 -3.1 7.8 5.3 15.2 11.8 11.1 9.7 Nova 2775 -2.0 0.0 2.5 3.5 5.4 4.0 2.7 Construção não-residencial Reabilitação 1176 3.0 4.0 2.0 6.0 6.0 5.0 4.0 Total 3951 -0.6 1.1 2.4 4.3 5.6 4.3 3.1 Nova 5401 -4.9 1.9 3.2 4.1 5.2 4.3 3.3 Edifícios Reabilitação 6665 0.6 8.7 5.2 18.1 13.4 12.5 10.8 Total 12066 -2.2 5.3 4.2 11.4 9.7 9.0 7.7 Nova 3904 0.9 0.0 -11.0 4.9 3.0 3.1 2.0 Infraestruturas civis Reabilitação 1049 1.0 1.0 -5.0 4.2 2.2 2.51.6 Total 4953 0.9 0.2 -9.8 4.8 2.8 3.0 1.9 Construção total 17019 -1.2 3.5 -0.5 9.4 7.7 7.3 6.2 Nota: a reabilitação abrange reparação, manutenção, renovação e reconstrução; (1) em 2017, excluindo taxas. 2.3.3 Perspetivas de evolução As perspetivas para o mercado da reabilitação são boas dado que a atividade de reabilitação crescerá por um longo período de tempo, e o crescimento excederá em média o de novas construções (Tabela 2.3). Isto resulta de um comportamento de contraciclo, característico do mercado da reabilitação, ou seja, por não apresentar flutuações cíclicas semelhantes às das novas construções. Segundo o Euroconstruct (2018a) existem diferentes formas de explicar este comportamento:  A correlação entre a situação económica e a reabilitação residencial não é tão direta como no caso da economia associada à construção de novas habitações. A economia influencia o tipo de reforma decorrente de um mercado imobiliário ativo (quando novos proprietários ou inquilinos se mudam para uma habitação existente e decidem fazer alterações e melhorias). No entanto, uma quantidade substancial da reabilitação residencial diz respeito a edifícios existentes que necessitam de reforço e manutenção, e isso é muito menos influenciado pelo ciclo económico.  Uma economia familiar saudável é um pré-requisito para um mercado de reabilitação saudável. A melhoria do rendimento familiar, à medida que a economia europeia se estabiliza, é um dos fatores de influência. Mas existe uma incerteza relativamente ao tipo de prioridades que as famílias europeias têm na hora de aplicar as suas poupanças. Não é claro se as novas gerações colocam a melhoria da casa antes de outras ofertas mais atrativas, como o lazer ou entretenimento.  Um mercado imobiliário saudável pode não ser um pré-requisito determinante para um mercado de reabilitação saudável, mas certamente ajuda. A situação geral na Europa, de aumento dos preços da habitação não está a prejudicar o mercado da reabilitação; de fato, vários países relatam que potenciais investidores agem com mais confiança quando percebem que estão a investir num imóvel que manterá o seu valor. E se o mercado imobiliário estiver ativo o suficiente, ao ponto de provocar a falta de imoveis em determinados locais, este cria mais oportunidades de reabilitação.  Existe um grande potencial no nicho de reabilitação relacionado com a eficiência energética, mas nos últimos tempos foi desacelerado pelo longo período com reduzidos preços de energia. Um mercado-chave como a se a propriedade for utilizada como residência principal do proprietário. Os proprietários que arrendem os seus edifícios ou frações no mercado da habitação também são elegíveis para beneficiarem de um tratamento mais favorável relativamente ao pagamento de impostos. Outras taxas de incentivo, como as taxas de crédito, isenções ou redução de IVA, bem como estímulos específicos oferecidos pelos municípios estão disponíveis em algumas circunstâncias específicas. 5 Por exemplo, o IFRRU, um mecanismo financeiro que reúne fundos de várias fontes multinacionais (ESIF, EIB, CEB), em conjunto com fundos de bancos comerciais fornecem melhores condições de financiamento para investidores em projetos de reabilitação urbana e de melhoria da eficiência energética. Existe um orçamento disponível de 1.4 mil milhões de euros para cofinanciar projetos em Portugal até 2020. Um programa voltado para estimular a melhoria da eficiência energética de edifícios (como o “Programa Casa Eficiente 2020”) fornece empréstimos concessionados a proprietários que realizem investimentos para aumentar a eficiência na utilização de energia nos seus edifícios. Este programa tem um financiamento de 200 milhões até 2020 e é co-financiado pelo Banco Europeu de Investimento (European Investment Bank) e os bancos comerciais Portugueses. Capitulo 2: reabilitação de edifícios 18 Alemanha parece ter sido afetado por esse fenómeno, mas a impressão geral é que isso não deve tornar-se necessariamente um problema de longo prazo. Por um lado, não há garantia de que os preços da energia permaneçam baixos indefinidamente. Por outro lado, as tecnologias e equipamentos envolvidos na economia de energia doméstica também estão a tornar-se mais económicos, ampliando as margens de rentabilidade da reabilitação energética de edifícios. A reabilitação de edifícios também tem aumentado através de intervenções de reconstrução/reconversão – onde as áreas residenciais são densificadas através da conversão de antigos prédios industriais e de escritórios em unidades habitacionais. Isto sucede-se em muitas cidades, onde um dos objetivos de planeamento consiste em ter mais habitações localizadas num meio urbano consolidado, associadas a boas ligações de transportes. Como se verificou anteriormente, a reabilitação de edifícios não-residenciais não é tão significativa como a dos residenciais. Isto sucede-se porque os impactos associados à idade da estrutura são menos significativos do que no segmento residencial; o ciclo de vida dos edifícios não-residenciais é mais curto, alguns nunca passam por reabilitações estruturais, mas são demolidos. A principal motivação para a reabilitação de edifícios comerciais é a modificação dos espaços interiores. A condição técnica dos espaços não-residenciais, de serviço e industriais não é necessariamente má, mas a sua funcionalidade pode deteriorar-se à medida que a muda a procura. A melhoria dos edifícios existentes também requer atenção para muitos aspetos relacionados com o desenvolvimento sustentável e redução de emissões poluentes. A transição para fontes de energia renováveis e com baixa emissão de poluentes requer mudanças. Possivelmente, serão introduzidos novos requisitos para a reciclagem e reutilização dos componentes de construção, bem como para a gestão de resíduos. O desenvolvimento das cidades à luz dos fatores acima mencionados acrescentará certamente novas facetas ao conceito de reabilitação do ambiente construído: (1) numa tentativa de densificar as comunidades e aumentar a participação do transporte público e do tráfego de bicicletas e pedestres como modos de transporte; (2) com o objetivo de melhorar a qualidade das instalações habitacionais e de trabalho, através de novas tecnologias e economias assentes em plataformas de partilha. O aumento da inteligência, de acordo com o conceito de cidade inteligente , também poderá ter um grande impacto na reabilitação Euroconstruct (2018a). Num estudo da AEICOPS (2011) foi traçado o retrato do estado do mercado da reabilitação onde se apontam tendências: para quem? E o quê? A Tabela 2.4 apresenta o perfil dos utilizadores dos edifícios a reabilitar e aponta o que se espera atingir com a reabilitação de edifícios, em termos qualitativos, até 2025. Tabela 2.4. Indicadores para Reabilitar em 2025, adaptado de AEICOPS (2011). Reabilitação de edifícios residenciais para quem? Reabilitar para atingir o quê? Famílias pequenas. Famílias financeiramente menos prósperas. Famílias mais exigentes no que respeita à qualidade e ao conforto. Famílias com maiores preocupações de carater ambiental. Famílias com maiores exigências ao nível da arquitetura e do design. Famílias mais dependentes do uso da tecnologia. Residências: incorporação de flexibilidade que permita adaptações de acordo com mudanças no agregado familiar e/ou estilos de vida. Casas inteligentes, energeticamente eficientes, que promovam a reciclagem de materiais e a redução de poluentes. Escolas: melhor apetrechamento técnico e adaptada para diferentes usos de ensino. Industria, comércio e serviços: edifícios inteligentes, energeticamente eficientes que promovam a redução dos custos energéticos, otimizem processos produtivos e incorporem novas tecnologias. Turismo: aposta na qualidade, design e valor arquitetónico. Cultura: reabilitação de património histórico e requalificação de edificações diversas (museus, espaços dedicados a eventos culturais, etc.) 2.4 Eficiência na reabilitação funcional de edifícios Considera-se que a eficiência resulta da relação ótima entre os recursos empregues (materiais, económicos, energéticos, etc.) e os resultados obtidos (melhorias funcionais, estruturais, estéticas, etc.). Deste, modo, transportando o conceito de eficiência para a um edifício considera-se que este apresenta uma relação ente os seguintes níveis: (1) nível da “estrutura física” – o edifício é apenas “a soma de todas as suas partes” e inerentes impactos individuais resultantes de extração, produção, transporte, aplicação, demolição e reciclagem ou depósito; (2) nível da “máquina viva” – o edifício é todo um sistema ativo, consumidor de recursos e gerador de desperdícios que permitem o seu funcionamento e traduzem o seu impacto ambiental ao longo de toda a sua fase de utilização, mas também um impacto social, cultural, estético, etc. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 19 2.4.1 Reflexão 1: reabilitação funcional Considera-se como reabilitação funcional de um edifício o conjunto de intervenções que visam garantir a melhoria das suas condições de habitabilidade e durabilidade (que influenciam a perceção de conforto por parte dos utilizadores). A Tabela 2.5 apresenta os aspetos que serão avaliados nos exercícios de reabilitação que serão tratados no âmbito desta tese (nos capítulos 5, 6 e 7, segundo as abordagens arquitetónicas definidas no capítulo 4) de modo a definir os limites deste estudo. Considera-se que a reabilitação funcional é constituída por subdomínios e que cada subdomínio apresenta vários aspetos. Todos os aspetos têm de ser coordenados entre si para alcançar conforto interior, poupar energia e prevenir danos no edifício. Só assim é que os trabalhos de reabilitação podem ter sucesso a longo prazo. Após uma intervenção de reabilitação, o edifício deve dar resposta aos vários requisitos funcionais durante os 30 anos seguintes, pois intervalos de tempo mais reduzidos não são economicamente viáveis (Giebler et al. 2009). Tabela 2.5. Síntese dos aspetos relativos à definição do modelo/metodologia de avaliação da eficiência (assente na adoção de métodos de avaliação multicritério de apoio à tomada de decisão) de intervenções de reabilitação funcional de edifícios. Domínio Subdomínio Aspetos Reabilitação funcional (reposição das condições de habitabilidade e durabilidade) Higrotérmico e energético Capacidade de isolamento térmico e transferência de calor; Comportamento higrotermico da solução construtiva (estanquidade à água, permeabilidade ao vapor de água, etc.); Consumo energético operacional total (para aquecimento e arrefecimento) do edifício intervencionado; Grau de controlo dos sistemas de regulação pelos ocupantes. Visual/ Luminico Comunicação/estética. Ganhos de luz natural; Transmissão de luz visível; Absorção de luz visível/ Reflexão de luz visível; Comportamento de refração; Difusão de luz e grau de controlo dos sistemas de regulação pelos ocupantes. Acústica Capacidade de absorção do som; Capacidade de reflexão do som; Capacidade de transmissão do som; Capacidade de atenuação do som; Grau de controlo dos sistemas de regulação pelos ocupantes. Ambiente Toxicidade (produção, utilização e reciclagem); Potencial de aquecimento Global total (PAG) em todo o ciclo de vida; Energia incorporada total (EE) em todo o ciclo de vida. Construtivo, estabilidade e durabilidade Peso total; Facilidade de montagem; Tempo de execução estimado; Durabilidade dos materiais de revestimento; Grau de adaptabilidade para futuras alterações; Grau de repetibilidade; Grau de reversibilidade; Condições de serviço; Resistência ao impacto; Resistência a ações de utilização; Proteção contra os efeitos decorrentes de ações de sobrecarga provocadas por fenómenos naturais; Adequação a circunstâncias locais; Resistência à radiação UV; Resistência à ação de agentes químicos; Relativamente a substancia dissolvidas numa precipitação; Relativamente ao cloreto de sódio (em zonas costeiras). Segurança/ mitigação do risco Risco para os ocupantes perante incêndio (classe de resistência ao fogo: reação ao fogo; gotejamento; formação de aberturas que permitam a evacuação do calor e fumos; toxicidade dos gases libertados durante um incêndio); Risco para os ocupantes perante furacões/ tempestades; Risco para os ocupantes perante eventos sísmicos; Risco para os ocupantes em caso no caso da ativação de engenhos explosivos. Social, cultural e patrimonial Uso de técnicas e materiais de construção tradicionais; Capacidade de instalação em sítios ocupados; Grau de intrusividade; Impacto do processo construtivo para os ocupantes (no caso de edifícios ocupados) e para a vizinhança. Económico Custo energético operacional para aquecimento e arrefecimento; Custo de manutenção; Período de retorno do investimento na intervenção de reabilitação. Social, Capacidade de instalação em sítios ocupados; Capitulo 2: reabilitação de edifícios 20 cultural e patrimonial Grau de intrusividade; Impacto do processo construtivo para os ocupantes (no caso de edifícios ocupados) e para a vizinhança; Identificação de novos elementos; Respeito pelas intervenções anteriores/ Preservação do existente. Apesar de algumas medidas de apoio a intervenções de reabilitação, o parque edificado nacional (em particular o parque habitacional), para além de sinais evidentes de envelhecimento, revela um desajustamento funcional acentuado, face às exigências de conforto associadas à melhoria gradual das condições económicas e sociais registadas nos últimos trinta anos. Todavia, as desejadas condições de conforto não podem ser obtidas descurando os consumos energéticos associados. Este aspeto, se por vezes não constitui a preocupação imediata do consumidor final, constitui um objetivo estratégico comunitário e nacional da maior relevância na atualidade. Nesse sentido, inserida no domínio da reabilitação funcional, a reabilitação térmica e energética dos edifícios tem como objetivo principal promover a obtenção de condições de conforto do ambiente interior, minimizando os consumos de energia de aquecimento e/ou arrefecimento, existentes ou necessários. Do ponto de vista de eficiência energética, existe um grande percurso a realizar pois, em Portugal, a maioria dos edifícios foram construídos antes de 1990, não tendo por isso sido concebidos com este tipo de preocupações. Foi a partir do início de 1990, com a publicação do Decreto-lei 40/90 que se assistiu à primeira evolução na aplicação de requisitos térmicos aos edifícios, a qual conduziu, entre outras medidas, ao aumento da incorporação de isolamento térmico na construção, e à aplicação de vidro duplo em janelas. Posteriormente, foram revistos os requisitos térmicos e energéticos (em 2006 e 2013), bem como, a partir de 2006, foi implementado o Sistema de Certificação Energética dos Edifícios (SCE). Mais recentemente, em 2013, a designação do Regulamento das Características de Comportamento Térmico de Edifícios (RCCTE) e Regulamento do Comportamento de Edifícios de Comércio e Serviços (RCECS), foi alterada para Regulamento dos Edifícios de Habitação (REH) e Regulamento de Edifícios de Comércio e Serviços (RECS). Com base nos dados disponíveis através do SCE foi possível mapear a eficiência energética de uma forma mais eficaz, e perceber que apenas a partir de 2006 (com especial enfoque após 2013), se começaram a aplicar requisitos próximos do custo-ótimo num horizonte de 30 anos (Fragoso, 2015). Ainda de acordo com o SCE, e tendo por base as medidas de melhoria identificadas pelos especialistas, é possível constatar que as componentes passivas dos edifícios, nomeadamente as respeitantes a paredes, coberturas e janelas, são as mais visadas (em cerca de 70% das recomendações para o setor residencial). 2.4.2 Reflexão 2: reabilitação de edifícios enquanto veículo para a eficiência de recursos Além da crise económica, o mundo também experimenta uma crise ambiental, cujas consequências são difíceis de prever. De fato, estudos relatam que a Terra está sendo empurrada para além dos seus limites dado que a pegada ecológica mundial já equivale a 1,5 planetas (Wackernagel & Rees, 1996; Ewing et al, 2010). Assim, o maior desafio atual e futuro será promover a reabilitação sustentável do parque edificado consolidado, ou seja, a criação e a gestão responsável de um ambiente construído saudável e renovado, baseado na eficiência de recursos e em princípios ecológicos (Kibert, 2008). Operar sobre edifícios existentes deixou de ser apenas uma questão de preservar a imagem da cidade e dos monumentos históricos; tornou-se um imperativo económico e ecológico (Schittich, 2003). De todos os setores económicos, o da construção é o que gera maiores fluxos de materiais e volume de negócios; isto acontece tanto para construção nova como para a reabilitação de edificios. Por exemplo, segundo Lemken (2008), a forma como construíamos e vivíamos em 2008 requeria cerca de 30% do consumo de recursos naturais (kg de material extraído) per capita e por ano. Com uma taxa global de consumo de materiais de aprox. 52 toneladas por pessoa por ano, são utilizadas anualmente 17 toneladas de materiais para a construção de infraestruturas e habitação, e uma quantidade equivalente em energia para produzir, transportar e processar estes materiais (Lemken, 2008). A reabilitação de um edificio antigo consome um terço do material necessário para construir um edificio novo Lemken (2008). Atendendo ao peso das soluções construtivas utilizadas, no caso de edifícios construídos com soluções construtivas “pesadas”, existe uma adição equivalente de material em 50% (aprox.) dos recursos empregues na envolvente exterior do edifício. Isto resulta do consumo gerado numa fase de utilização (sobretudo devido a necessidades de aquecimento e de manutenção periódica) Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 21 de aprox. 80–100 anos (Wallbaum & Herzog, 2001). Comparativamente a um novo edifício, aprox. 2/3 do material empregue durante as fases de construção e de utilização podem ser salvos através da reabilitação de um edifício existente6 (Wallbaum & Herzog, 2001). Atualmente, o parque de edifícios antigos enfrenta práticas regulamentares que exigem a redução do consumo de energia e, na maioria das vezes, solicitam a melhoria do desempenho económico. Esses edifícios raramente são substituídos por edifícios novos e mais eficientes; na verdade, a taxa de substituição de edifícios antigos por novos é apenas cerca de 1,0 –3,0% por ano (Ma et al ., 2012). Assim, a reabilitação energética é o caminho privilegiado para aumentar a eficiência energética perante elevados padrões de consumo. As nações em desenvolvimento e recentemente industrializadas aspiram ao consumo intensivo de recursos das nações industrializadas, copiando-as. O nivel de consumo global é estabelecido, principalmente, pelos principais países industrializados que, em relação à sua população, apresentam uma contribuição muito desproporcional no desempenho económico global. Neste sentido, atualmente o acesso per capita ao mercado global de materiais - uma base para a prosperidade material - é estimado como sendo inequitativamente distribuído. Se a população dos países em desenvolvimento duplicasse e o seu consumo se aproximasse do consumo dos países industrializados, com base na intensidade material estimada das economias ocidentais, então em 2050 serão necessárias sete vezes mais a quantidade de recursos materiais do que no presente (Figura 2.4). De modo a contribuir para a estabilidade da ecoesfera, por outro lado, requere que o consumo global atual seja reduzido para metade. Isto pode requerer desmaterializar as economias industrializadas de um fator de 16 (Figura 2.4). (Bringezu et al., 1998 apud Lemken 2008). Notas: *) Igual acesso a recursos com a mesma população. **) Igual acesso a recursos com duplicação da população dos países em desenvolvimento. ***) Igual acesso a recursos reduzindo para metade o fluxo de materiais e duplicando a população dos países em desenvolvimento. Legenda: países em desenvolvimento (cor cinza claro) e países industrializados (cor cinza escuro). Figura 2.4. Acesso ao mercado global de materiais (Wuppertal Institut & Schmidt Bleek, 2007 apud Lemken, 2008). O impacto ambiental da reabilitação de edifícios, em particular da energia incorporada e do dióxido de carbono (CO2) produzido na aquisição de matéria-prima, transformação em componentes, transporte para o local e construção/processo de reabilitação in situ , é uma área de investigação frequentemente esquecida. Durante o ciclo de vida de um edifício, estima-se que estes impactos incorporados “ do berço ao local ” representam cerca de 10-20% do consumo total de energia de um edifício (Setac, 2003). Por outro lado, para edifícios com baixo consumo de energia e elevada eficiência, esta fase do ciclo de vida pode ter uma importância muito maior, representando cerca de 40-75% do consumo total de energia ao longo da vida (Setac, 2003; Smil, 2008). De acordo com Ravetz (2008), a energia incorporada necessária para construir um novo edifício pode ser até 10 vezes maior do que para a reabilitação, devido aos impactos fora do local da construção; e Power (2008) defende que a energia incorporada necessária para construir um novo edifício habitacional é 4 a 8 vezes maior do que reabilitá-lo para alcançar as exigências atuais. Estes aspetos também foram estudados pela Empty Homes Agency (EHA), que demonstrou como uma intervenção de reabilitação profunda gera cerca de 15 6 Esta estimativa não inclui outros potenciais métodos de poupança de recursos, envolvendo materiais e métodos de construção adequados.                2007 2050 * 2050 ** 2050 *** Capitulo 2: reabilitação de edifícios 22 toneladas de CO2, comparativamente à intervenção de demolição e reconstrução que gerou cerca de 50 toneladas de CO2 incorporado; o consumo energético médio de uma habitação, no Reino Unido, é responsável por 5-6 toneladas anuais de CO2, dos quais, dois terços podem ser reduzidos através da adoção de medidas simples de eficiência energética (EHA, 2008). A Figura 2.5 ilustra os típicos consumos operacionais e energéticos incorporados para um edifício de escritórios que foi alvo de três intervenções de reabilitação profundas aos 25, 50 e 100 anos do seu ciclo de vida. Segundo Yohanis & Norton (2002) verifica-se que a energia operacional acumula-se constantemente ao longo do ciclo de vida do edifício, enquanto a energia incorporada acumula-se em fases de aumento de energia. Embora um edifício tenha uma vida útil longa comparativamente à dos materiais por si só, sem o aumento significativo da eficiência dos recursos materiais será difícil implementar uma construção sustentável. Neste sentido, a construção otimizada com o uso mínimo de recursos (materiais, energia, espaço) ao longo de todo o ciclo de vida de um edifício, também significa atender a requisitos funcionais (Berge, 1999; Dowson, 2012). Figura 2.5. Ilustração do consumo de energia operacional e incorporada no ciclo de vida de um edifício de escritórios reabilitado aos 25, 50 e 100 anos (adaptado de Yohanis & Norton, 2002 apud Dowson, 2012). 2.4.3 Reflexão 3: atuais e futuros desafios da reabilitação funcional Para edifícios a reabilitar no futuro, os custos continuarão a desempenhar um papel central que se prolonga para além da fase de construção. Segundo Lemken (2008), pode considerar-se que, no futuro, as tecnologias que levem a reduções significativas de custos durante a construção, utilização, manutenção e também na disposição final de um edifício serão implementadas mais rapidamente do que na atualidade. Neste sentido, já está ocorrendo uma mudança de perspetiva: de uma visão puramente orientada para os custos de investimento (construção), para uma visão que englobe o cálculo do custo total (incluindo o de construção, operação e manutenção e eliminação de resíduos). A segurança energética e as alterações climáticas estão a estimular um futuro que deve mostrar uma melhoria drástica no desempenho energético dos edifícios. Na europa, os 27 estados membros definiram uma meta de poupança de energia de 20% até 2020, principalmente através de medidas de eficiência energética. A União Europeia também se comprometeu com a redução de 80-95% de GEE (Gases Efeito Estufa) até 2050 como parte do seu roteiro (Energy Roadmap EU 2050) de mudança para uma economia competitiva em baixo carbono7. Atualmente, os edifícios são responsáveis por 36% do consumo energético da UE e 40% destas emissões são GEE (BPIE, 2011) em que 63% estão relacionadas com o setor residencial (OECD, 2015). Apesar das ambiciosas metas definidas para novos edifícios, que têm de cumprir com o padrão de energia (quase) nula (NZEB) até o final de 2020 (Diretiva 2010/31/EU), é possível subestimar que a taxa de substituição de edifícios existentes por novos seja muito baixa, de tal modo que 50% do atual parque edificado continuará a ser utilizado em 2050 (Zimmermann, 2012). Os edifícios que datam de 1945 a 1970, com baixa eficiência energética (como se verifica em Portugal, Figura 2.6, pouco isolados e muitas vezes com sistemas de aquecimento obsoletos (Figura 2.8), representam cerca de 70% do total, enquanto os construídos após 1990, com melhores padrões energéticos, representam apenas 1% (Norris & Shiels, 2014). 7 Parlamento Europeu e Conselho da União Europeia (2010, Maio 19). Diretiva 2010/31/EU do Parlamento Europeu e do Conselho sobre o desempenho energético dos edifícios. Jornal Oficial da União Europeia.      Consumo de energia operacional com equipamentos mais potentes Consumo de energia operacional Energia incorporada na reabilitação aos 25, 50 e 100 anos do edifício Energia incorporada na fase de construção Vida útil operacional do edifício Consumo cumulativo de energia     Vida útil operacional do edifício Consumo cumulativo de energia Total de energia incorporada e operacional durante todo o ciclo de vida Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 23 De facto, uma parte substancial do parque edificado na Europa tem mais de 50 anos de idade e muitos dos edifícios que são utilizados atualmente têm centenas de anos. Mais de 40% dos edifícios residenciais europeus foram construídos antes de 1960, quando os regulamentos energéticos para a construção eram muito limitados. Um grande aumento na construção em 1961-1990 também é evidente através da análise do BPIE (2011), onde o parque habitacional, com algumas exceções, mais do que duplica neste período (Figura 2.7). Figura 2.6. Diagrama comparativo do movimento da humidade (comportamento higrotérmico e energético) entre os edifícios contemporâneos (à esquerda) e os edifícios antigos (à direita) (English Heritage, 2004). Figura 2.7. Média dos níveis de consumo energético para aquecimento (kwh/m 2 ) de habitações unifamiliares por ano de construção em Portugal (BPIE, 2011). Figura 2.8. Categorização da idade do parque habitacional na Europa (BPIE, 2011). Posto isto, a reabilitação funcional do parque habitacional existente representa um grande desafio para o setor de construção europeu nos próximos anos; constitui uma estratégia crucial que deve ser implementada à grande escala para se alcançarem as ambiciosas metas de descarbonização estabelecidos pela UE para 2050 (UE, 2011). A importância da reabilitação funcional, com enfoque particular no desempenho energético da envolvente exterior dos edifícios, tem sido amplamente reconhecida (Asadi et al. , 2012; Ma et al., 2012) e as atividades de reabilitação já constituem cerca de 50% do volume de negócios da indústria da construção na Europa (Juan et al ., 2009). Para além dos aspetos ambientais e económicos, também existem aspetos sociais que devem ser considerados na conceção de intervenções de reabilitação. A constante evolução e mutação dos estilos de vida e dos agregados familiares têm levado a um reequacionar dos modos de habitar e à crescente necessidade de propor habitações mais evolutivas e adaptáveis (Roos, 2011; Coelho et al. , 2003). Verifica-se no entanto que, em Portugal, a maior parte dos alojamentos existentes não cumpre satisfatoriamente esse desígnio, apresentando, por exemplo, soluções de divisórias interiores pesadas e estáticas (Mendonça et al ., 2014). Revela-se assim importante introduzir soluções construtivas e espaciais mais flexíveis e eficientes, sabendo que no futuro a necessidade de reorganizar o espaço interior se colocará com a mesma dificuldade que atualmente. 2.5 Considerações finais No presente capítulo foi feito um enquadramento do estado do setor da reabilitação ao nível europeu e nacional. Também se expôs o entendimento sobre eficiência e reabilitação funcional, e identificaram os atuais e futuros desafios da reabilitação. Considerando tudo o que foi exposto, torna-se evidente que devem ser tomadas medidas para promover o aumento do desempenho funcional – associado ao conforto na utilização dos espaços dos edifícios e à redução do impacto ambiental. Deste modo, as soluções de reabilitação funcional que integram membranas arquitetónicas podem dar um contributo para o alcance das metas referidas. Esses contributos serão discutidas nos capitulos posteriores. Contudo, é questionavél se as soluções de reabilitação com membranas cumprem a visao holistica da eficiência/sustentabilidade – segundo aspetos ambientais, ecónomicos, construtivos, sociais, funcionais e de segurança – razão pela qual se realiza o presente trabalho. O capítulo que se segue faz um enquadramento aos materiais em membrana. 24 Capítulo 03 Membranas arquitetónicas Figura 3.1. Vista interior do projeto Eco Membrana1 - intervenção de reabilitação funcional no armazém da empresa Siemens (edifício original dos anos 30) para conversão em escritórios. O progresso da construção envolve, não apenas melhorias nos métodos e tecnologias, mas igualmente nos materiais que temos à escolha (Sauer, 2010). Neste estudo são avaliadas as potencialidades da utilização de membranas arquitetónicas em soluções construtivas para a reabilitação funcional de edifícios, enquanto alternativa às soluções convencionais. Destacam-se como virtudes das soluções com membranas: a flexibilidade e a facilidade de adaptação às novas tecnologias e requisitos. No entanto, como em qualquer outra solução, também é necessário ter conhecimento das suas limitações. Este capítulo serve de introdução e discussão sobre os diferentes materiais em membrana: definições, visão global do mercado, propriedades, potencialidades, limitações, tendências e desafios relevantes para o setor da construção de edifícios. A principal tarefa das membranas é “reguladora em relação às condições da envolvente” (Mollaert et al, 2003) de modo a fornecer: proteção contra a água e a radiação UV, estabilidade mecânica, transmissão de luz, etc. Por exemplo, em alguns casos, a membrana poderá ser: permeável ao vapor de água, mas ser termicamente isolante para que se alcance o conforto higrotérmico no interior do edifício; mais ou menos translúcida para permitir iluminação natural, atenuar a transmissão de ruído e possuir uma superfície exterior auto lavável. 1 Foi aplicada uma membrana de PVC transparente para melhoria das condições térmicas, acústicas e lumínicas do espaço para o adequar à nova função. Com esta solução, para além dos critérios de projeto para poupança de energia e redução do impacto ambiental apresentados, Herzog também fez uma reinterpretação dos princípios históricos de transparência. Os designers da Siemens, enquanto trabalham, têm uma constante recordação visual das técnicas de construção passadas e futuras. Projeto concebido pelos arquitetos Thomas Herzog e construído pela empresa Koch Hightex em 1997. Fontes: Tensinet 3 (2015) e Eco membrane (2015). Capitulo 3: membranas arquitetónicas 25 3.1 Definição O termo membrana deriva da palavra latina membrana que significa pele (Faegre, 1979). Este termo descreve um material flexível, com reduzida espessura relativamente à sua área superficial, que apenas apresenta estabilidade através de forças de tração. As membranas designam-se como arquitetónicas (termo utilizado por Frei Otto) quando têm aplicação no campo da arquitetura2 (Glaeser, 1978). Segundo Milwich (2010), as membranas utilizadas em edifícios podem ser simples ou compostas, com reduzida espessura. As membranas simples mais comuns são redes, películas poliméricas ou tecidos não revestidos (Figura 3.2). Convencionalmente, as membranas compostas consistem num substrato de tecido (com função estrutural) e um revestimento polimérico (com função de proteção). Estas camadas são feitas de diferentes materiais e ambos são utilizados para denominar o material de membrana. Segundo Knippers et al (2011), no setor da construção de edifícios os materiais têxteis (revestidos ou não), as películas poliméricas ou as finas folhas metálicas também podem ser classificadas como membranas arquitetónicas. A divisão entre os materiais têxteis3 tradicionais (tecidos e malhas) e outros materiais flexíveis, tais como: películas ou compósitos, é cada vez mais ambígua. Segundo Munter (2012), uma propriedade comum a todos os materiais mencionados é o reduzido peso próprio: variável entre 0,2 e 1,5 kg/m2. Segundo Chris Byrne (2000), as membranas pertencem a um grupo de materiais denominados têxteis técnicos , por se encontrarem no âmbito da engenharia dos materiais flexíveis. De acordo com a EURATEX (2006) , os têxteis técnicos são definidos como materiais e produtos têxteis utilizados principalmente pelo seu desempenho técnico e propriedades funcionais. O Instituto Têxtil localizado no Reino Unido define têxteis técnicos da seguinte forma: “textile materials and products manufacturated primarily for the technical and performance properties rather than their aesthetic or decorative characteristics” (Textile Institute, 1995). Esta breve definição deixa uma grande margem para interpretações, especialmente quando um crescente número de produtos têxteis combina desempenho funcional e propriedades decorativas de igual modo. É exemplo disso a aplicação de retardadores de chama em dispositivos interiores de proteção solar, ou repelentes de água nos dispositivos exteriores. Depois da Segunda Guerra Mundial verificou-se uma explosão no desenvolvimento dos semissintéticos, como: a viscose e raion; o acrílico (polimetacriláto de metilo) e o lurex (fibra de poliéster metalizado); a licra; a poliamida de nylon; as fibras de poliéster; o polietileno (Dyneema) e as aramidas (Nomex ® , Twaron ® , Kevlar ® ). Além disso, várias fibras não-orgânicas, tais como fibras de carbono, fibras de vidro e fios de metal também podem ser tecidas com processos têxteis e várias matérias-primas podem ser transformadas em tecido sem serem tecidas – denominadas de não-tecidos4. A diversidade têxtil contemporânea é enorme (quer seja pelas matérias-primas como pelos processos técnicos) (Figura 3.3). Já é possível produzir têxteis com novas propriedades, ou atuadores funcionais através da adição de componentes eletrónicos, fibras óticas, sensores ou nano partículas integradas, iluminação LED em película, tecidos com ligas metálicas, etc . Os têxteis técnicos são produzidos em países industrializados e envolvem diversos setores da indústria e segmentos de mercado. A feira Tech-textil em Frankfurt é líder internacional na divulgação de têxteis técnicos, cobrindo diversas áreas de aplicação destes materiais; a principal categoria de aplicação dos têxteis técnicos em arquitetura é a Buildtech . As características dos têxteis são múltiplas, bem como as potenciais aplicações em arquitetura. Segundo Adanur (2001), os têxteis técnicos, onde se inserem as membranas, estão a substituir os materiais têxteis tradicionais, bem como metais, vidro e outros materiais de construção. 2 Também existem construções com membrana tipo casca, em inglês thin shell membrane, p.e. a pala do Pavilhão de Portugal da Expo98 (Portugal, projetado por Álvaro Siza) e a cobertura do aeroporto TWA Flight Center (Nova Iorque, projetado por Eero Saarinen em 1962), que não serão alvo de análise desta tese. Estas possuem uma espessura reduzida quando comparada com as outras dimensões. As ações exercidas sobre este tipo de membrana são forças no plano, embora possam existir forças secundárias decorrentes de deformações de flexão. Segundo Chen (1997), a membrana tipo casca deve ser capaz de resistir a forças de tração e compressão. 3 A palavra Têxtil é originária do termo latino textilis e texere . No sentido literal, têxtil significa tecer e refere-se a tudo o que é tecido. Na realidade, o termo têxtil também engloba materiais não tecidos, mantas, malhas agulhadas, etc. Alguns autores, como Byrne (2000) e Krüger (2009), consideram que até mesmo o papel ou as peliculas poliméricas podem ser classificados como têxteis por possuírem muitas propriedades e capacidades de manipulação semelhantes, tais como manipulação de fibras, tecidos e técnicas de combinação e acabamento. 4 Estes são produzidos com métodos referidos como de termofixação ou fundição; exemplo disso é o feltro e o papel. Alguns dos métodos modernos utilizados para produzir não-tecidos são: a agulhagem; o jato de água e a ligação adesiva através de um material polimérico. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 26 Têxtil revestido ou não Rede Pelicula Figura 3.2. Exemplos de tipos de membranas arquitetónicas. Figura 3.3. Exemplos de membranas arquitetónicas têxteis e não-têxteis (da esquerda para a direita):3D Text Mayer®; Anne Kyro Quinn®; Hire felt®; Helen Amy Murray®;3D textile®; Perforated metal®; Luminex®; Studio Muurbloem®; Techstyle®; Thermoplastic film®; Cullus®; 3D spacer fabrics + espuma de viscose Beyzan TM ; malha tridimensional de poliéster (Ziljstra, 2009). 3.2 Evolução das construções com membranas Desde as eras mais remotas da pré-historia que o Homem procurou refúgios para se proteger. Os primeiros abrigos que o Homem utilizou eram grutas naturais que posteriormente foram sendo ampliadas e adaptadas artificialmente no sentido de aumentar o seu espaço útil, ou limitar o acesso, tornando-as habitáveis. As primeiras construções leves surgiram precisamente no interior dessas grutas, no sentido de incrementar as suas condições de habitabilidade. De acordo com Faegre (1979 apud Lang et al , 2013), “ a tenda é o abrigo mais antigo, com exceção da caverna” e, é provável que constituísse o primeiro tipo de habitação construída por seres humanos. Apresentava estrutura simples constituída por peles de animais distendidas entre varas (Stone Age Habitat, 2002 apud Mendonça, 2005). Os poucos vestígios que estas construções ligeiras deixaram, devido ao caracter efémero dos materiais com que foram realizadas e à sua reduzida dimensão, tem sido razão para serem ignoradas pelos historiadores da arquitetura (Kronenburg, 1995); a maioria dos estudos incide sobre as construções de caracter mais monumental, realizadas em materiais duráveis como a pedra, o tijolo ou a terra compactada. Só recentemente, os arqueólogos, equipados com técnicas mais evoluídas de pesquisa e recolha de dados, conseguiram descobrir e identificar vestígios das primeiras habitações, realizadas com materiais efémeros. Um exemplo de desenvolvimentos posteriores deste tipo de construções são as tendas simples, como as “ tendas negras ” e as “ tendas tibetanas ”, adequadas a um estilo de vida nómada por serem leves e fáceis de transportar. Estas estruturas permitiam aos seres humanos mover-se de um lugar para outro, mesmo em ambientes agressivos, com as condições mínimas para se manterem confortáveis. Posteriormente, em locais onde os recursos naturais eram mais abundantes, tornou-se possível construir abrigos permanentes na forma de tendas. O exemplo mais notável é o Yurt (Figura 3.4). As tendas yurt - estruturas portáteis, constituídas por uma treliça de madeira revestida com membranas – são utilizadas atualmente nas estepes e em países da Ásia Central, como a Mongólia. A origem da palavra yurt é turca e significa espaço de habitar . Figura 3.4. Exemplo de Ger e Pitching yurt, Dayan, Mongólia ocidental (Portisch, 2005). Capitulo 3: membranas arquitetónicas 33 Tipo V: 1800/1800 Vida útil 15 - 20 S/ informação ≥ 25 ≥ 20 ≥ 25 ≥ 25 ≥ 30 Custo matériasprimas 1545% 60140% 50150% 110180% 100180% 100140% 120170% 1 Valores médios; 2 Comparados com o preço médio da membrana de fibra de vidro revestida a PTFE (100%); Melhor solução para cada indicador. 3.3.4. Processo de conceção e de preparação para obra A conceção de estruturas tradicionais (com funcionalmente à compressão) segue uma sequência linear, na qual a forma arquitetónica inicial passa para a etapa de dimensionamento estrutural e, subsequentemente, o projeto definitivo é transmitido ao construtor para a realização da obra. Contudo, a conceção de um projeto de arquitetura têxtil requer uma colaboração conjunta entre o arquiteto e o engenheiro estrutural na fase inicial de conceção. A forma inicial da estrutura de membrana resulta de estudos preliminares de análise estrutural, denominada de procura da forma (form-finding) , que assegura que cada ponto da superfície está em equilíbrio e se definem as condições limite/perimetrais da forma. A ideia arquitetónica e estrutural deve convergir para uma solução que seja esteticamente e estruturalmente eficiente e viável. O processo de conceção também tem de considerar questões relacionadas com o material escolhido, a sua produção e montagem. É, portanto, desejável que os instaladores e produtores de materiais estejam envolvidos no desenvolvimento do projeto nesta fase de conceção, quando o tipo de material de membrana é selecionado, com consequente repercussão no processo de realização e montagem. O processo de conceção de estruturas com membranas tensionadas pode ser resumido em três etapas principais: (1) procura da forma; (2) análise estática e (3) padronização do corte, com a possível adição de análise dinâmica, se necessário (Beccarelli, 2015). Atualmente existem várias ferramentas informáticas disponíveis para executar cada uma dessas etapas8. O dimensionamento estrutural da membrana é determinado de acordo com os regulamentos vigentes. Uma etapa muito importante deste dimensionamento designa-se por “padronização do corte”, na qual, o engenheiro de estruturas e o arquiteto definem geometricamente as faixas planas que, uma vez unidas, constituirão a superfície curva. Para tal, consideram-se vários critérios: estética, durabilidade, e relacionados com o caráter ortotrópico da membrana têxtil. Sem esquecer a importância de reduzir o tamanho das faixas, que permitirá a realização de um pré-esforço durante a montagem, utilizam-se vários métodos para se obter a forma. Após estas etapas, a membrana pode então ser transportada para o local, posicionada, fixada aos pontos de ancoragem e é lhe aplicada o pré-esforço calculado. De um modo geral, a produção de membranas a aplicar num grande vão inclui várias etapas: (1) preparação do padrão de corte (geralmente com uma impressora de corte); (2) união das peças individuais de membrana através de soldagem; (3) soldadura ou dobra do perímetro da membrana, incorporando cordões ou cintas para costura; (4) integração de componentes de montagem quando aplicável e (5) dobragem ou enrolamento da membrana para embalagem e transporte. No ponto 3.3 do Anexo 3 apresentase uma breve explicação sobre o processo de corte e de soldadura de membranas. 3.4 Visão geral do mercado das membranas arquitetónicas 3.4.1. Área Buildtech A área Buildtech é definida como um subsetor dos têxteis técnicos do qual fazem parte as membranas arquitetónicas, derivadas dos materiais e processos tecnológicos têxteis. Esta área reúne todos os desenvolvimentos e aplicações dos materiais em membrana na construção civil. A título de exemplo, encontramse as seguintes membranas/têxteis técnicos: (1) em não-tecido, de fibra de vidro ou poliéster, aplicadas na execução de coberturas convencionais, para permitir a permeabilidade ao vapor de água e prevenir danos causados pela humidade (Figura 3.10(a)); (2) as membranas duplas, designadas por drop stitch fabric , com espaçamento entre si, que podem ser preenchidas com materiais adequados para fornecer isolamento térmico e acústico (Figura 3.10(b)) e (3) as redes de fibra de vidro ou propileno utilizadas na prevenção e reparação de fissuras em elementos de betão e rebocos. No Japão, a fibra de carbono é vista com enorme interesse como possível material para reforço contra ações sísmicas em edifícios, embora o seu custo ainda seja um fator limitativo da difusão da sua aplicação. As membranas também são aplicadas de outras formas no decurso de 8 Contudo, antes de existirem métodos de desenho computadorizado, essas etapas realizavam-se através de modelos físicos, com precisão e escalas de representação (em função dos aspetos em estudo). Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 34 operações construtivas, como por exemplo em redes de segurança, cofragem flexível para a cura de betão (Figura 3.10(c)), proteções temporárias do local de obra, barreiras acústicas/poeiras, etc. (a) (b) (c) Figura 3.10. Membranas na construção: a) membranas para o vapor em revestimento de cobertura para prevenir humidades de condensação (Dupont, 2015); (b) Membrana dupla com espaçamento entre si; (c) Cofragem de membrana para betão (Cast, 2009). Cada vez mais os têxteis técnicos estão a demarcar aplicações que anteriormente eram primordialmente reservadas aos sectores da siderurgia ou dos plásticos, como é o caso das aplicações no sector da construção civil (Euratex, 2006). Devido ao crescimento populacional mundial, e ao aumento de necessidades de proteção ambiental e da saúde, têm-se criado novos mercados para a indústria têxtil devido à maior sustentabilidade ambiental e económica das matérias-primas utilizadas face a outras. Por isso, e cada vez mais, o têxtil não se dedica só às áreas de vestuário e têxteis-lar, mas abrange uma infinidade de aplicações, em especial na área técnica e funcional (Tabela 3.2). Os têxteis técnicos continuam a estimular a Europa no setor da construção civil. Em 2005, Rigby (2005) estimou que a produção de têxteis técnicos na Europa Ocidental crescesse 15% no período de 2005 e 2010. Segundo Markets & Markets (2016), este crescimento confirmou-se e foi explicado pela substituição de outros materiais por têxteis técnicos. O centro tecnológico “Belgian Textile Research Center” (Centexbel, fundado em 1950) - uma organização sem fins lucrativos, com sede na Bélgica – foca-se na área Buildtech apoiando os fabricantes de têxteis no desenvolvimento de novos materiais e na introdução de novos processos tecnológicos. É o organismo notificado para a certificação de produtos da construção civil pela União Europeia, no âmbito do “Regulamento de Produtos de Construção”. No norte de Portugal, o Centro Tecnologico das Indústrias Têxteis e do Vestuario (Citeve, fundado em 1989), que conta com a participação de 630 empresas do Sector Têxtil e do Vestuário, também se dedica à área do Buildtech. Segundo a Centexbel (2015), os têxteis, enquanto membranas, na construção civil encontram-se presentes nas seguintes formas: (1) reforço de sistemas construtivos em betão; (2) reforço de fachadas e fundações com redes; (3) revestimentos interiores; (4) mantas de isolamento e proteção; (5) redução de ruido nos sistemas de ar condicionado; (6) proteção visual contra os efeitos da luz solar direta; (7) impermeabilização de coberturas; (8) controlo de permeabilidade em cofragens para betão; (9) membranas reflexivas e permeáveis ao vapor para aplicação na envolvente do edifício; (10) estabilização de solos com malhas em formato de favo e não tecidos como os geotêxteis; (11) estruturas tensionadas (temporárias ou permanentes); (12) painéis de fachada. Tabela 3.2. Áreas de aplicação dos têxteis técnicos. Percentagem da proporção de vendas a nível Gobal (Gerbe, 2015). Fonte e direitos de autor: Techtextil, Messe Frankfurt Exhibitions. Subsetor Área de aplicação dos têxteis técnicos Exemplos de produtos: Agrotech Agricultura e florestação, horticultura e pescas. Para proteção das culturas e controle de plantas daninhas; membranas biogás; redes de segurança e cordas. Buildtech Construção de edifícios, engenharia civil e reabilitação/renovação. Coberturas; subtelhas; membranas hidrófugas permeáveis ao vapor; isolamento térmico e acústico; revestimento de paramentos, tubagens, cofragens, drenagem de águas para fundações e estabilização de solos e elementos verticais; proteção a diferentes condições climatéricas, estruturas em membrana; materiais de reforço; papéis de parede, cabos e cordas, etc. Clotech Indústria do calçado e vestuário. Materiais de enchimento/forro; palmilhas e membranas impermeáveis. Agrotech 7% Buildtech 7% Clothtech 6% Geotech 1% Hometech 7% Indutech 17% Medtech 7% Mobiltech 22% Oekotech 1% Packtech 5% Protech 5% Sporttech 15% Capitulo 3: membranas arquitetónicas 35 Geotech Geotêxteis, horticultura, agricultura, vias, armazenamento, construção de diques. Drenagem; separadores; filtros; materiais de proteção contra a erosão e reforço. Hometech Indústria do mobiliário e interiores. Materiais de enchimento, revestimentos de tetos, paredes, pavimentos e mobiliário Indutech Filtragem e outros produtos. Correias; separadores/filtros; cordas e fitas. Medtech Produtos de higiene e outros produtos médicos. Vestuário; membros artificiais; ortoses; aplicações para feridas e implantes (vasos artificiais, fitas, malhas para hérnias). Mobiltech Construção de veículos. Pneus e revestimento de assentos; airbags , cintos de segurança e revestimentos interiores. Oekotech Proteção ambiental. Filtros de retenção. Packtech Materiais para embalagem. Protech Proteção pessoal e de equipamentos (edifícios e veículos). Vestuário de proteção/segurança; materiais de proteção climática/ fogo e proteção balística. Sporttech Componentes para produtos de desporto e lazer Lonas; mochilas; sacos de cama, etc. Atualmente, encontram-se a decorrer projetos de investigação e de desenvolvimento de materiais têxteis com aplicações no setor da construção que, segundo a Centexbel (2015), cobrem os seguintes aspetos: (a) qualidade do ar interior; (b) degradação catalítica dos poluentes do ar; (c) compósitos reforçados com fibras; (d) melhorias na qualidade do isolamento (ao ruido, ao calor e ao frio); (e) tratamento de superfície e funcionalização de materiais flexíveis para melhoria do comportamento ao fogo e da repelência à água e à sujidade; (f) integração de sensores em têxteis para monitorizar a integridade estrutural dos edifícios e infraestruturas (Multitexco, 2015); (g) otimização das propriedades acústicas; (h) regulação da transparência das membranas para diferentes tipos de radiação; (i) melhoria das propriedades de armazenamento de energia através da integração de células fotovoltaicas; (j) membranas como materiais de cofragem flexíveis, ou forros de cofragem funcionais para criar formas com elevada complexidade geométrica (Cast, 2009). 3.4.2. Importância da indústria dos têxteis técnicos em Portugal e na Europa A Indústria Têxtil e do Vestuário (ITV) Portuguesa é uma das atividades com maior tradição na estrutura industrial nacional. Tendo-se estabelecido as primeiras fábricas em Portugal no século XVIII, este setor assumiu, desde cedo, o papel da maior indústria em termos de emprego e internacionalização. Mediante o estudo apresentado no início de 2008 pela Associação Têxtil e do Vestuário Portuguesa (ATP, 2007), a economia nacional revela uma grande dependência relativamente ao sector da ITV. De facto, em 2005 a ITV representava 2,0% do PIB, 25,5% do emprego da Indústria Transformadora e 13,4% das exportações. Em termos relativos, verifica-se que a exportação de têxteis técnicos representa cerca de 2,9% do PIB (ATP, 2007). A região Norte representa, aproximadamente 80% da atividade económica da ITV nacional, qualquer que seja o indicador escolhido com destaque para o volume de negócios e para o emprego. Em 2003, 79,0% do pessoal ao serviço do têxtil nacional e 79,9% dos efetivos afetos à confeção reportavam ao Norte de Portugal (ATP, 2007). Esta concentração é fundamental para facilitar processos de circulação de bens, informação e conhecimento, predominantemente de natureza informal, permitindo que este tecido empresarial (constituído por empresas de pequena dimensão) consiga manter uma forte orientação exportadora e uma posição significativa nos mercados internacionais. Na Europa, a indústria têxtil tem uma longa tradição de liderança em termos de inovação e criatividade. Apesar da concorrência global cada vez mais forte e da deslocalização maciça da produção para países com oferta de mão-de-obra mais barata, a indústria têxtil continua a representar um dos principais setores industriais da Europa, já que mais de 2.3 milhões de empregos, € 61 mil milhões (em valor económico) e € 42 biliões em exportações estão diretamente ligados a esta indústria (Grebe, 2015) – sem contar com centenas de milhares de empregos e biliões de euros em criação de valor económico em fornecedores, clientes e serviços relacionados. A União Europeia alargada possui um total de mais de 170000 empresas, das quais cerca de 96% são PME, que produzem um vasto leque de produtos de consumo e industriais através de conhecimento, processos de produção e tecnologias altamente especializados. Isoladamente, estes números mostram a importância de garantir que esta indústria encontre as melhores condições possíveis para ser inovadora na Europa (Euratex, 2006). A Europa é um dos maiores fabricantes de têxteis técnicos do mundo, representando, em 2014, uma quota de 24% do valor do mercado global (Markets & Markets, 2016). Estima-se que a Alemanha seja o maior mercado de Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 36 têxteis técnicos na Europa, devido aos seus avanços tecnológicos, no que diz respeito a equipamentos, maquinarias e matérias-primas. A investigação e a inovação têm sido ferramentas importantes para a indústria têxtil europeia. Ao contrário de algumas indústrias na Europa, a indústria têxtil é líder mundial e pioneira recorrente em inovações tecnológicas e de produto. Por exemplo, a liderança mundial no fabrico de máquinas para o setor têxtil pertence à Europa. Este setor apresenta excedentes de exportação em relação ao resto do mundo. A rapidez de produção, reforçada por produtos e processos inovadores em particular no campo dos têxteis técnicos, permite manter uma elevada competitividade. Os têxteis técnicos estão a receber um apoio significativo de vários governos, devido à crescente consciencialização sobre os benefícios associados aos seus produtos, tendo o mercado mundial de têxteis técnicos crescido significativamente nos últimos anos. Em 2015, a China (31% e a India (18%) representaram quase metade da produção mundial de têxteis técnicos, a América 17%, a União europeia 16% e o resto do mundo 17% (CIRFS, Edana apud Grebe, 2015). O mercado Europeu dos têxteis técnicos, em termos de volume, perspetiva-se que alcance 9.95 milhões de toneladas em 2020, supondo uma taxa composta de crescimento anual de 4.33% (CAGR9) entre 2015 e 2020 (Tabela 3.3). O setor de aplicação Buildtech estima-se que alcance um crescimento de 4.43% (CAGR) entre 2015 e 2020 (Tabela 3.3), sendo o 3ºmaior setor em crescimento. As rigorosas normas de segurança e proteção no setor da construção europeu têm contribuído para o crescimento da procura de têxteis técnicos. Verifica-se que os avanços tecnológicos em curso na indústria têxtil estão criando várias oportunidades a nível global; a concorrência está crescendo consideravelmente, devido ao aumento de aplicações de uso final e inovações de produtos, com uso de têxteis inteligentes (smart textiles), por exemplo. Tabela 3.3. Dimensão do mercado têxteis técnicos na Europa, por aplicação, 2013-2020 (Million Metric Tons) (Markets & Markets, 2016). Subsetor 2013 2014 2015 2020p CAGR (2015-2020) Indicadores de crescimento Indutech 1.25% 1.30% 1.35% 1.69% 4.55% Crescimento mundial, crescente complexidade da produção industrial. Sportech 1.11% 1.15% 1.19% 1.49% 4.47% Aumento do consumo produtos de desporto e lazer, particularmente em países emergentes. Buildtech 0.54% 0.56% 0.58% 0.73% 4.43% Renovação de edifícios existentes, crescimento urbano, substituição d e materiais de construção convencionais, isolamento térmico. Hometech 0.51% 0.53% 0.55% 0.68% 4.44% Aumento das despesas com a habitação nos países emergentes. Clothtech 0.48% 0.50% 0.52% 0.65% 4.40% Crescimento global, produção de vestuário e aumento proporcional de vestuário funcional. Meditech 0.48% 0.50% 0.52% 0.64% 4.40% Aumento da oferta de cuidados de saúde países emergentes, crescimento demográfico, etc. Protech 0.40% 0.41% 0.43% 0.53% 4.39% Padrões e requisitos de segurança cada vez mais rigorosos. Packtech 0.39% 0.40% 0.42% 0.51% 4.38% Crescimento estável do comércio mundial. Agrotech 0.47% 0.49% 0.51% 0.63% 4.35% Crescimento da população, aumento procura de alimentos, acesso a novas áreas de cultivo, etc. Mobiltech 1.71% 1.76% 1.82% 2.22% 3.99% Redução de peso, crescimento da produção de veículos. Oekotech 0.08% 0.08% 0.09% 0.10% 3.88% Aumento dos encargos, normas ambientais e procura de maior sustentabilidade. Geotech 0.07% 0.07% 0.07% 0.09% 3.88% Forte crescimento urbano, construção de infraestruturas em países emergentes. Total 4.48% 7.76% 8.05% 9.95% 4.33% Permanente abertura de novas áreas de aplicação. Legenda: p – projeção O setor da construção com membranas é altamente especializado e envolve: arquitetos, engenheiros civis, produtores de fibras, tecidos, polímeros, empresas de revestimentos e indústrias de confeção, que têm construído uma densa rede de trabalhos com especialistas de construção metálica e em madeira. A maior parte das empresas envolvidas são pequenas ou médias empresas, com a exceção das empresas fornecedoras de matérias-primas para os tecidos (fibra de vidro, poliéster) bem como as que produzem resinas e revestimentos e materiais químicos para acabamentos. A vasta experiencia de todas as pessoas envolvidas e a reputação alcançada pelas obras realizadas tornam este setor altamente especializado (Ollenhauer, 2011). A Tabela A3.2, localizada no Anexo 3 desta tese, apresenta uma seleção, baseada no relatório de Ollenhauer (2011), de empresas altamente inovadoras na tecelagem, soldadura, costura ou acabamentos de membranas 9 CAGR (Compound Annual Growth Rate) tradução para português: Taxa composta de crescimento anual - representa o ganho anual uniformizado obtido com um investimento durante um determinado horizonte temporal. Capitulo 3: membranas arquitetónicas 37 utilizadas em arquitetura, principalmente como estruturas tensionadas, mas também noutras aplicações. Nesta seleção encontram-se empresas líderes na produção de fibras, incluindo fibra de vidro, e químicos, como o PTFE, bem como fornecedores de acabamentos e revestimentos. Alguns destes materiais são visíveis pelo exterior ou interior; outros estão integrados em paredes, tetos ou pavimentos. Com base no levantamento de Ollenhauer (2011) apresentado na Tabela A3.2 do Anexo 3 desta tese, elaborou-se o gráfico da Figura 3.11. Verifica-se que a maior parte das empresas atualmente líderes na produção de membranas iniciaram a sua atividade no período de 1951 a 2000; 63% dessas empresas localizam-se na Europa, em especial na Alemanha e em média têm 64 anos de existência. As empresas existentes com mais de um século de existência na produção de membranas, ou de matérias-primas necessárias para a sua produção localizam-se integralmente na Europa e representam 18% das empresas totais existentes nos dias de hoje. Todas as empresas criadas desde 2001 até aos dias de hoje localizam-se na Ásia. Figura 3.11.Distribuição temporal e ponderada das empresas produtoras de materiais em membrana destinadas ao setor da construção e respetivas matérias-primas. 3.4.3. Inquérito à perceção geral das empresas de instalação de soluções construtivas com membranas Num inquérito anónimo, realizado através de formulário online (entre janeiro e junho de 2019) a um universo de 60 empresas instaladoras de Soluções Construtivas com Membranas (SCM), 30 nacionais + 30 internacionais, apenas 6 empresas nacionais e 3 empresas internacionais deram resposta, ou seja, constituem uma amostra de 20% do universo de empresas nacionais e 10% de empresas internacionais. Apesar desta amostra não ser significativa, considerou-se importante, registar os seus resultados nesta tese, de modo a que, no futuro, este inquérito possa servir de base a outras ações de investigação, utilizando outros métodos de inquérito, tipo presencial e a um número mais alargado de empresas/gabinetes projetistas. Os resultados desse inquérito encontram-se no ponto 3.5 do Anexo 3. Ao nível nacional, os resultados do inquérito revelam que a maioria das empresas manifesta o seguinte: (1) faz sentido promover a aplicação de SCM para a reabilitação de edifícios; (2) acham que é necessário mais ações de formação, investigação e desenvolvimento para promover essas aplicações; (3) entendem que as SCM têm de ser melhoradas nos aspetos acústicos, ambientais/reciclagem, durabilidade, higrotérmicos (1), resistência ao fogo (1), resistência aos raios UV e tecnológicos (construção); (4) entendem que tendências/novidades como a integração de elementos geradores de energia, a interatividade (membranas inteligentes) e utilização de matérias-primas biodegradáveis podem ser aproveitar para aumentar a utilização das SCM; (5) investiriam sobretudo em meios humanos, meios mecânicos e formação; (6) sentem que os principais fatores que limitam o desenvolvimento desta atividade em Portugal são a formação, meios mecânicos e a reduzida produção nacional de membranas. Ao nível internacional, os resultados do inquérito revelam que a maioria das empresas tem a seguinte perceção: (1) os aspetos culturais/sociais são, entre outros, os que mais limitam o desenvolvimento e aplicação de SCM; (2) se tivessem acesso a financiamento para investir na empresa também investiriam em meios humanos e mecânicos, como as empresas nacionais; (3) consideram que a eficiência energética é a tendência que se pode aproveitar para aumentar a utilização das SCM; (4) a par das empresas nacionais, também adotam praticas de reciclagem das membranas, mas o destino final maioritário é o aterro; (5) entendem que é necessário investir mais na investigação e desenvolvimento para promover a aplicação de SCM na reabilitação de edifícios; (6) a 18% 26% 42% 14% 100% 73% 63% 20% 13% 13% 20% 13% 25% 60% anterior a 1900 1901 a 1950 1951 a 2000 2001 a 2015 Empresas produtoras de membranas (%) Periodo temporal (anos) Ásia América Europa totalidade Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 38 maioria das aplicações de SCM são em coberturas e fachadas, e em edifícios de comércio/serviços, culturais/recreativos e desportivos. 3.5 Visão geral das construções com membranas arquitetónicas “Membrane structures in architecture have come a long way form prehistoric to the present. Nevertheless, Western histories of architecture and treatises on building construction have often ignored them due to their intemporality, circumstantial use, or alleged lack of representation, even though they have been present through history in all climates and regions around the world. However, in recent decades, circumstances have changed and have catapulted the use of structural membranes as structural elements or even building systems for many applications. Technical advances in materials, products, elements, systems, design methods, and comfort, together with growing environmental concerns have increasingly placed structural membranes as a favorable alternative to conventional construction methods.” (Llorens, 2015) Atendendo à visão de Llorens (2015), nas subsecções seguintes analisa-se uma amostra de 592 casos de estudo (construídos entre 1960 e 2010) e que correspondem à totalidade dos projetos que se encontram registados na base de dados da Associação Tensinet (Tensinet, 2015), com o intuito de obter uma visão geral das construções em membrana relativamente a vários aspetos. 3.5.1. Período de construção, localização geográfica e tipo de uso O gráfico da Figura 3.12 mostra que a maioria das construções em membrana identificadas na base de dados da Tensinet realizou-se entre o ano de 1991 e 2000. Entre os finais de 1980 e 1990 verificou-se um aumento exponencial na realização deste tipo de construções. Este aumento surge na mesma altura em que se desenvolvem fibras com elevado desempenho. Contudo, verifica-se que na passagem para o período entre 2001 e 2010 existe um decréscimo de construções em membrana. Considerando a distribuição geográfica da amostra da Tensinet em análise, verifica-se que a Europa apresenta mais de metade do número de construções com membrana a nível mundial (Figura 3.13) Figura 3.12. Distribuição da percentagem de construções em membrana identificadas na base de dados da Tensinet por diferentes períodos temporais. Figura 3.13. Distribuição geográfica das construções em membrana com a respetiva percentagem (obtida através da análise da base de dados da Associação Tensinet). 1,72 4,72 33,05 36,48 24,03 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 1960 a 1970 1971 a 1980 1981 a 1990 1991 a 2000 2001 a 2010 Construções em membrana (%) Periodo de tempo Capitulo 3: membranas arquitetónicas 39 As membranas arquitetónicas são utilizadas de vários modos na construção dos edifícios - permanente ou temporário; num universo de 562 projetos registrados no banco de dados Tensinet (em 2015), 290 projetos são permanentes e 272 são temporários. Estruturas temporárias, como tendas e toldos, são algumas das aplicações com maior visibilidade da aplicação de membranas. No entanto, as membranas arquitetónicas ganharam mais importância quando passaram a participar na construção de estruturas semi-permanentes, como estádios desportivos, centros de exposições e outros edifícios de grandes dimensões. Pela análise da Figura 3.14 verificase que o tipo de uso mais significativo nas construções com membrana é o desportivo, seguido das funções de entretenimento/lazer e exposição. Um dos denominadores comuns a este tipo de edifícios é possuírem grandes vãos livres. Figura 3.14. Gráfico com os resultados da análise a casos de estudo segundo o tipo de uso/função. 3.5.2. Zona Climática e zonas de vulnerabilidade a desastres naturais Pela análise da Figura 3.15 verifica-se que mais de metade das construções com membrana se situa em clima temperado. Neste esquema considera-se a seguinte classificação: clima tropical - quente e seco todo o ano; clima árido - seco e quente todo o ano; clima mediterrânico - inverno ameno e verão quente e seco; clima temperado - inverno frio e verão ameno; clima frio - frio todo o ano e clima polar - muito frio e seco todo o ano. O clima árido é o que possui menor percentagem de construções em membrana e os registos de construções em clima frio e polar são pouco expressivos, de tal modo que não aparecem representados na Figura 3.15. A Figura 3.16 mostra que a maioria das construções em membrana se encontra geograficamente localizada em zonas de risco reduzido, ou muito reduzido a desastres naturais. Contudo, observando a Tabela 3.4, verifica-se que o segundo país com maior percentagem de construções com membranas arquitetónicas – o Japão – possui um nível muito elevado de risco a desastres naturais. As ilhas japonesas encontram-se geograficamente localizadas em áreas com vários e severos distúrbios naturais. Não só terremotos, mas também nevões e tufões fortes afetam pontualmente os edifícios no Japão. Muitas construções em membrana já experienciaram estes desastres. Kawaguchi (2015) aponta que, devido à extrema leveza das construções em membrana, dificilmente são afetadas por cargas resultantes de eventos sísmicos. Por outro lado, das observações e registos feitos por Kawaguchi, conclui-se que o vento, ou neve forte atingem diretamente os grandes vãos das construções em membrana, pois algumas construções em membrana ficaram danificadas devido a fortes tufões e sobrecarga de neve. Contudo, as observações de Kawaguchi (2015) também indicam que, comparativamente aos materiais convencionais, a falha antecipada da membrana pode ter contribuído para a proteção da estrutura de suporte a danos mais graves. O papel da membrana enquanto "limitador de força" deve ser reconhecido e pode ser considerado como um elemento positivo na fase de projeto (Kawaguchi, 2015). Este constitui uma das potencialidades das membranas para reabilitação funcional de coberturas, na medida em que contribui para a durabilidade das construções. Através do confronto entre a localização geográfica dos casos de estudo analisados e o índice de risco ao desastre natural, foi possível determinar qual o predomínio de construções com membrana em locais com diferentes índices de risco de desastre natural. Na Tabela 3.4 encontram-se destacados os 10 países com mais construções com membranas e o respetivo índice de risco de exposição a desastre natural. 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00 Construções em membrana (%) Tipo de uso Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 40 Figura 3.15. Infográfico elaborado através do cruzamento entre mapa mundo de Haschen (2015) e a percentagem de construções em membrana (identificadas na base de dados da Associação Tensinet) por zona climática (segundo a classificação de Koppen, para o período de 1901 a 2010). (a) (b) Figura 3.16. Risco de exposição a desastres naturais: (a) mapa com distribuição mundial e classificação de acordo com o método quantil (UNU, 2015); (b) gráfico com percentagem de construções em membrana segundo localização em zonas de risco. Tabela 3.4. Ranking, por ordem crescente, da percentagem de construções com membranas (CM) de 30 dos 54 país analisados neste estudo e respetivo índice de risco a desastre natural. Posição Localização CM a nível mundial Índice de risco de desastre natural (UNU, 2013) Posição de risco 1 Alemanha 20,37 % 3,24 % 39ª 2 Japão 8,01 % 14,10 % 5ª 3 França 7,68 % 2,79 % 43ª 4 EUA 7,51 % 3,99 % 30ª 5 Reino Unido 7,18 % 3,71 % 34ª 6 Espanha 7,01 % 3,38 % 38ª 7 Guatemala 5,51 % 20,88 % 1ª 8 Bélgica 4,67 % 3,42 % 37ª 9 Itália 4,34 % 4,88 % 26ª 10 Turquia 3,34 % 5,52 % 22ª 11 Arabia Saudita 3,17 % 1,32 % 12 Holanda 2,67 % 8,76 % 10ª 13 Austrália 1,67 % 4,51 % 14 Suíça 1,50 % 2,61 % 15 Áustria 1,34 % 3,80 % 16 Grécia 1,34 % 7,60 % 17 Uruguai 1,34 % 4,09 % 18 China 1,17 % 6,91 % 19 Canada 0,83 % 3,18 % 20 Luxemburgo 0,83 % 2,68 % 21 Turquemenistão 0,67 % 6,57 % Muito elevado 16% elevado 3% Moderado 6% Reduzido 23% Muito reduzido 52% % de construções em membrana Capitulo 3: membranas arquitetónicas 41 Posição Localização CM a nível mundial Índice de risco de desastre natural (UNU, 2013) Posição de risco 22 Chile 0,50 % 12,28 % 6ª 23 México 0,50 % 6,39 % 24 Polónia 0,50 % 3,46 % 25 África do Sul 0,50 % 5,80 % 26 Brasil 0,33 % 4,26 % 27 Portugal 0,33 % 3,80 % 32ª 28 Índia 0,33 % 7,17 % 29 Israel 0,33 % 2,49 % 30 Coreia Sul 0,33 % 4,94 % 31 a 54 Ver tabela A3.3 do Anexo 3 3.6 Aspetos funcionais das construções com membranas A introdução dos aspetos funcionais das construções com membranas, indicados neste item servirá de suporte para as análises apresentadas nos capítulos 6, 7 e 8, onde alguns destes aspetos serão explorados em detalhe. As possibilidades de utilização dos materiais em membrana na construção são quase ilimitadas. No entanto, segundo Ollenhauer (2011), os produtores de membranas encontram dificuldades para implementar estas soluções. Esta situação está relacionada com a forte natureza cíclica da indústria da construção, os longos procedimentos de certificação e, acima de tudo, com a tarefa de comunicar os desenvolvimentos deste setor a um grupo diversificado e altamente fragmentado de profissionais, incluindo arquitetos, engenheiros civis e outros agentes ligados ao setor da construção. Para além do que foi referido, a diferença de requisitos, práticas e normas construtivas de cada país torna mais difícil entrar neste mercado. As membranas apresentam potencialidades, mas também limites de aplicação na construção. Nalguns casos, a pouca durabilidade (por exemplo, as membranas têxteis sem revestimento) e o facto de ser impossível erguer uma construção em membrana sem o suporte de uma estrutura rígida, constituem algumas das limitações na sua aplicação. No entanto, uma membrana pode resultar da combinação de diferentes materiais e atingir uma duração “ilimitada” (Kruger, 2009). Por exemplo, existem materiais têxteis feitos com materiais inertes, como a fibra de vidro, que podem ser revestidos com repelentes de sujidade, absorvedores de poluição e raios ultravioleta (UV), acabamentos refletantes, oferecendo uma vida útil de 20-30 anos. Graças à melhoria das características dos materiais em membrana - em termos da relação resistência-peso, durabilidade, flexibilidade, isolamento, propriedades de absorção, resistência ao fogo - estes podem substituir materiais de construção convencionais, como o aço e outros metais, madeira e plásticos. Exemplos de tais utilizações inovadoras com membranas - enquanto materiais estruturais, na atualidade e potencialmente no futuro – incluem (Grabe, 2010): (1) coberturas em membrana; (2) betão reforçado com fibras e cofragem com membranas para execução de formas livres; (3) sistemas de proteção contra a erosão e deslizamento de terras; (4) reforço de diques e outros sistemas de gestão de água; (5) emissão de luz através de fibra ótica; (6) tubagens flexíveis e duráveis; (7) ilhas artificiais e plataformas flutuantes. Os materiais sintéticos em membrana têm-se tornado altamente desenvolvidos, eficientes e oferecem as seguintes vantagens sobre os materiais convencionais: enorme potencial estrutural; resistência a climas severos; baixa condutividade térmica; versatilidade em termos de forma e translucidez; propriedades ajustáveis através de aditivos; integração de componentes funcionais e construtivos; leveza, resistência à tração, absorção de sons aéreos, flexibilidade, controlo lumínico, regulação térmica, reduzido impacto ambiental, elasticidade, cor, resistência a químicos e fungos, fácil montagem e manutenção, etc. Por outro lado, os materiais em membrana, quando combinados ou ligados aos materiais convencionais, como por exemplo o vidro, amadeira ou os metais, resultam em soluções construtivas interessantes que serão apresentadas nos capítulos seguintes deste estudo. A Tabela 3.5 apresenta uma síntese relativa à aplicação dos materiais em membrana em arquitetura, no exterior e no interior, com aplicação visível ou oculta. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 42 Tabela 3.5. Exemplos de aplicações de materiais em membrana na arquitetura (Ollenhauer, 2011). Aplicação Exterior Interior Visível Oculta Cobertura • • Isolamento • • Revestimentos • • Reforço de revestimentos de paredes, coberturas ou pavimentos • • • Proteção solar • • • Proteção ao vento, chuva e neve • • Proteção acústica de paredes e tetos • • • Difusão de luz • • Reforço de soluções com betão e construções em terra • • • Proteção contra raios UV • • • Proteção com compatibilidade eletromagnética (EMC) • • • • Emissão de luz com díodo emissor de luz integrada (LED) ou outros materiais eletroluminescentes • • • Regulação térmica • • • • Revestimento de tubagens • • Proteção adicional contra o fogo para papéis de parede, revestimentos de pavimentos e outros. • • As membranas arquitetónicas oferecem soluções eficientes e estéticas, não só devido à sua leveza, propriedades mecânicas e químicas, mas também quando funcionalizadas para aplicações no setor da construção. Um exemplo de aplicação onde as membranas devem ser aplicadas com maior frequência, é o de estruturas multicamada. Nestes casos, é possível otimizar cada camada relativamente às suas propriedades funcionais materiais. Assim, podem explorar-se as vantagens da membrana em termos de resistência à chuva e ao vento, combinadas com o reduzido peso e vários níveis de translucidez. Aplicações mais amplas, como armazenamento/isolamento térmico e/ou isolamento acústico, podem ser obtidas pela integração de outros materiais apropriados no interior da estrutura multicamada. Para promover o aumento da eficiência dos materiais em membrana na arquitetura, Knnipers et al. (2011) definiram algumas medidas que devem ser tomadas (Tabela 3.6). Para além destas medidas há necessidade de novos desenvolvimentos para melhorar a reação ao fogo e aspetos ecológicos das construções com membrana. Tabela 3.6. Medidas para aumentar a eficiência da envolvente de um edifício com materiais em membrana (Cremers, 2011). Envolvente do edifício Estabilização da superfície Potenciais medidas para aumentar a eficiência: Melhoria do isolamento térmico através da adição de um material isolante, ou integrando um sistema de isolamento. S/ climatização Utilização de camadas funcionalizadas adicionais na superfície com propriedades seletivas. Tensionada Integração de fotovoltaicos. Integração de camadas acusticamente eficientes, dentro ou por baixo da superfície da membrana (p/melhorar a absorção do som e reduzir a propagação do mesmo). Utilização de camadas funcionalizadas adicionais p/melhorar a repelência à sujidade. Pneumática Formação de camadas construtivas adaptáveis (p/controlo da admissão de luz). Formação de estruturas móveis (p/admissão de luz, ventilação e sombreamento). Tópicos para o futuro: Aumento da massa térmica efetiva (p.e. através da integração de materiais com mudança de fase). C/ climatização Tensionada Integração de camadas funcionais com emissão de luz na superfície da membrana. Integração de camadas funcionais auto-adaptáveis p/controlo dos ganhos solares. Controlo das propriedades de controlo da humidade. Pneumática Controlo/adaptabilidade das propriedades térmicas (valores de U). De modo a ultrapassar as limitações de desempenho térmico das membranas, novos desenvolvimentos, tais como revestimentos de baixa emissividade para membranas, permitem que as soluções construtivas com membranas assumam mais funções na envolvente exterior dos edifícios, por exemplo, para beneficiar as propriedades de transmissão térmica das superfícies translúcidas. Os aerogéis e, possivelmente, os materiais Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 49 C.05. PALÁCIO DAS ARTES DE MONS Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1824/ 2014 Pais/ Continente/ Clima: Bélgica/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, reversibilidade, controlo luminico, peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de poliéster revestida a PVC simples Área/ Custo global estimado: 1750 m2 e 86 €/m2 C.06. CAMELLIA HOUSE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1827/ 2006 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ Programa/ tipo de intervenção: Jardim de inverno/ Alteração Critério funcional p/ a intervenção: Proteção climatérica e luminosidade e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensada/ membrana ETFE simples Área/ Custo global estimado: 220 m2 e 900 €/m2 C.07. ESTAÇÃO DE COMBOIOS DE SALZBURGO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1860/ 2012 Pais/ Continente/ Clima: Áustria/ Europa/ Continental húmico Programa/ tipo de intervenção: Transportes/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana PTFE simples Área/ Custo global estimado: 1700m2 e 220€/m2 C.08. ESTAÇÃO DE COMBOIOS SAKURAGICHO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1872/ 1990 Pais/ Continente/ Clima: Japão/ Asia/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Transportes/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de fibra de vidro revestida a PTFE C.09. CÂMARA MUNICIPAL DE VIENA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1884/ 2000 Pais/ Continente/ Clima: Áustria/ Europa/ Continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ Alteração Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, reversibilidade, controlo luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de poliéster revestida a PVC simples Área/ Custo global estimado: 1000 m 2 e 220€/m 2 C.10. KAPUZINERCARRÉE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1889/ 2003 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ Ampliação Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana ETFE simples Área/ Custo global estimado: 500 m2 e 450 €/m2 C.11. ESTAÇÃO DE COMBOIOS DE DRESDEN Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1898/ 2006 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ Continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Transportes/ reconstrução Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, controlo luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de fibra de vidro revestida a PTFE simples Área/ Custo global estimado: 32 000 m2 e 265 €/m2 C.12. ESTAÇÃO DE COMBOIOS DE DRESDEN Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1900/ 2006 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Reversibilidade/ controlo luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de fibra de vidro revestida a PTFE Área/ Custo global estimado: 100 m2 e 220€/m2 C.13. MASÍA VILLA CELIANA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1920/ 2010 Pais/ Continente/ Clima: Espanha/ Europa/ Mediterrânico Programa/ tipo de intervenção: Hotelaria/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de poliéster revestida a PVC simples Área/ Custo global: 650 m2 e 220€/m2 C.14. CASA DO PINTOR LEE JUNG SEOB Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1920/ 1997 Pais/ Continente/ Clima: Coreia do Sul/ Asia/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Residencial/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Reversibilidade e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ rede de sisal e de polietileno Área/ Custo global estimado: 50 m2 e 50 €/m2 Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 50 C.15. CENTRO WILLIAM RAPPARD, EDIFICIO DA ORGANIZAÇÃO MUNDIAL DO COMÉRCIO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1926/ 2012 Pais/ Continente/ Clima: Suíça/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica e controlo luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE tripla Área/ Custo global estimado: 525m2 450 €/m2 C.16. ATRIO DO SALÃO DE EXPOSIÇÕES DO RENO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1928/ 2008 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica e controlo luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE quíntupla Área/ Custo global estimado: 4000m2 450 €/m2 C.17. CÂMARA MUNICIPAL DE SAXONY-ANHALT Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1929/ 2012 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, térmico e luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 375m2 e 450 €/m2 C.18. EDIFICIO JOHNSON Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1930/ 2005 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica e controlo luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 300m2 e 450 €/m2 C.19. BURBERRY HEADQUARTERS, HORSEFERRY HOUSE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1930/ 2008 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica e controlo luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE tripla Área/ Custo global estimado: 410m2 e 450 €/m2 C.20. FUKIYA INTERNATIONAL VILLA HALL Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1930/ 1988 Pais/ Continente/ Clima: Japão/ Asia/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Estética (integração na envolvente), regulação térmica e luminica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de fibra de vidro revestida a PTFE Área/ Custo global estimado: 180m2 e 110 €/m2 C.21. ESTÁDIO OLIMPICO DE BERLIM Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1936/ 2004 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Desporto/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Proteção climatérica, acústica e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de fibra de vidro revestida a PTFE Área/ Custo global estimado: 27000m2 e 220 €/m2 C.22. DRESDEN CASTLE KLEINER SCHLOSSHOF Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1945/ 2009 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, térmico e luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 1400m2 e 600 €/m2 C.23 IGREJA DE CORBERA D’EBRE Ano de construção pré-existente/ intervenção: Séc. XVII/2013 Pais/ Continente/ Clima: Espanha/ Europa/ mediterrânico Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana ETFE simples Área/ Custo global estimado: 700m2 e 220 €/m2 C.24. FRAC ART CENTRE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1949/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: França/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, térmico, luminico e proteção climatérica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 3362m2 e 450 €/m2 Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 51 C.25. FRØSILO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1963/ 2005 Pais/ Continente/ Clima: Dinamarca/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Habitacional/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Leveza e translucidez Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE dupla Área/ Custo global estimado: Sem informação C.26. EDIFICIO DE HABITAÇÃO COLETIVA EM ZAMORA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2014 Pais/ Continente/ Clima: Espanha/ Europa/ Semi árido Programa/ tipo de intervenção: Habitacional/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Estético - redução do impacto visual Sistema construtivo/ tipo de membrana: Colada/ membrana betuminosa com impressão Área/ Custo global estimado: Sem informação C.27. HARTLEY LIBRARY LEARNING CENTRE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2004 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Biblioteca/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica, iluminação natural e acústica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE tripla Área/ Custo global estimado: 96 m2 e 600€/m2 C.28. PRAÇA DEVONSHIRE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2008 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico e iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensada/ membrana ETFE simples Área/ Custo global estimado: 1452 m2 e 400€/m2 C.29. INFANTÁRIO DE WISMAR Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1972/ 2005 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Educacional/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico, acústico e iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE tripla Área/ Custo global: 976 m2 e 120 €/m2 C.30. TALISMAN CENTRE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1983/ 2010 Pais/ Continente/ Clima: Canadá/ América/ continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Desportivo/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico e iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana fibra de vidro revestida a PTFE c/aerogel Área/ Custo global estimado: 15000 m2 e 2600 €/m2 C.31. CLUBE DE TÉNIS BOURG-LA-REINE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1992/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: França/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Desportivo/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Iluminação natural e leveza Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de poliéster revestida a PVC Área/ Custo global estimado: 3600 m2 e 258€/m2 C.32. UNIVERSITY OF WEST LONDON Ano de construção pré-existente/ intervenção: 2006/ 2014 Pais/ Continente/ Clima: Inglaterra/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Educacional/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico e controlo luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana ETFE tripla Área/ Custo global estimado: 155 m2 e 380€/m2 C.33. PALACIO DE MINERÍA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1813/ 2002/2011 Pais/ Continente/ Clima: México/ América/ clima sub-tropical Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Reversibilidade, controlo luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de poliéster revestida a PVC simples Área/ Custo global estimado: 1225m2/ - C.34. BIBLIOTECA NACIONAL BEYAZIT Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1506/2015 Pais/ Continente/ Clima: Turquia/ Europa-Ásia/ Continental semi-árido Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção/ ampliação Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana dupla de ETFE Área/ Custo global estimado: 260 m2/ 600 €/m2 Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 52 C.35. ESTAÇÃO CARLISLE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1847/ 2017 Pais/ Continente/ Clima: Reino Unido/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Transportes/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção/ Visual Sistema construtivo/ tipo de membrana: Membrana simples de ETFE Área/ Custo global estimado: 10500 m2/ 250 €/m2 C.36. HER MAJESTY’S TREASURY Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1917/ 2002 Pais/ Continente/ Clima: Reino Unido/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção/ regulação térmica/ visual/ luminica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ Membrana dupla de ETFE Área/ Custo global estimado: - C.37. COLÉGIO KETTELER Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1960/ 2009 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ Continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Educacional/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção/ visual Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana de ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 620 m2/ 600 €/m2 C.38. GALERIA NACIONAL DE LONDRES Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1838/ 2003 Pais/ Continente/ Clima: Reino Unido/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Museu/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana de ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 450 €/m2 C.39. SEDE JEAN-PAUL GAULTIER Ano de construção pré-existente/ intervenção: Séc. XIX/ 2004 Pais/ Continente/ Clima: França/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Visual/ iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana de ETFE dupla Área/ Custo global estimado: 450 €/m2 C.40. ESTAÇÃO DE COMBOIOS DE WROCLAW Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1904/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: Polónia/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Transportes/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensionado/ membrana de fibra de vidro revestida a PTFE Área/ Custo global estimado: 2856 m2/ - C.41. CLAUSTRO DA ABADIA DE SABLES D’OLONNE Ano de construção pré-existente/intervenção: 1800/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: França/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Cultura/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção/ visual Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana tripla de ETFE Área/ Custo global estimado: 550m2/ 160 €/m2 C.42. JULIANUS SHOPPING Ano de construção pré-existente/intervenção: 1800/ 2008 Pais/ Continente/ Clima: Bélgica/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Cultura/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ membrana de PTFE Área/ Custo global estimado: 1369 m2/ 260 €/m2 C.43. MUSEU RAFAEL CORONEL Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1600/ 2019 Pais/ Continente: México/ América/ clima sub-tropical Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Reversibilidade, controlo luminico e peso Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana ETFE simples Área/ Custo global estimado: 320m2/ 220 €/m2 Tabela 4.3. Casos de estudo de reabilitação funcional com membranas em que a fachada foi o elemento intervencionado. F.01. CENTRO DE GERONTOLOGIA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1940/ 2003 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/ continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Saúde/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico e iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana ETFE simples Área/ Custo global estimado: 1550 m2 e 225€/m2 Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 53 F.02. CASA EM MUNIQUE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1956/ 2012 Pais/ Continente/ Clima: Alemanha/ Europa/continental húmido Programa/ tipo de intervenção: Habitacional/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado sobre estrutura madeira/ membrana de polietileno Área/ Custo global estimado: 240 m2 e 30€/m2 F.03. EDIFICIO EDF Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1958/ 2011 Pais/ Continente/ Clima: França/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensada sobre perfis metálicos/ membrana de TPO Área/ Custo global estimado: 3400 m2 e 140€/m2 F.04. BIBLIOTECA NACIONAL KING FAHAD Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: Arabia Saudita/ Asia/ desértico Programa/ tipo de intervenção: Biblioteca/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico e iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensada/ membrana fibra de vidro revestida a PTFE Área/ Custo global estimado: 12000 m2 e 930 €/m2 F.05. WESTRAVEN Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1975/ 2007 Pais/ Continente/ Clima: Holanda/ Europa/ temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Proteção contra o vento, isolamento térmico e iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensada/ membrana fibra de vidro revestida a PTFE Área/ Custo global estimado: 3500 m2 e 60 €/m2 F.06. SHISHIODOSHI HOUSE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1980/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: França/ Europa/ Temperado marítimo Programa/ tipo de intervenção: Habitacional/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Reversibilidade, leveza e proteção climatérica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana de poliéster revestida a PVC Área/ Custo global estimado: 250 m2 e 60 €/m2 F.07. EDIFICIO EM BASILEIA Ano de construção pré-existente/ intervenção: Sem informação Pais/ Continente/ Clima: Suíça/ Europa/ Temperado continental Programa/ tipo de intervenção: Residencial Critério funcional p/ a intervenção: Isolamento térmico e acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Sistema multicamada com membrana de poliolefina Área/ Custo global estimado: Sem informação F.08. SAN MICHELE ARCANGELO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1580/ 2016 Pais/ Continente/ Clima: Itália/ Europa/ Mediterrânico e continental Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Proteção/ luminica Sistema construtivo/ tipo de membrana: Pneumático/ Membrana dupla de ETFE Área/ Custo global estimado: 120 m2/ 450€/m2 F.09. KWO GRIMSELSTROM Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1925/ 2013 Pais/ Continente/ Clima: Suíça/ Europa/ Temperado continental Programa/ tipo de intervenção: Indústria, central elétrica/ renovação/ reforço Critério funcional p/ a intervenção: Reforço/ regulação térmica/ visual Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensionado/ membrana dupla de ETFE Área/ Custo global estimado: 145 m2/ 200 €/m2 Tabela 4.4. Casos de estudo de reabilitação funcional com membranas em que o teto foi o elemento intervencionado. T.01. ABADIA BENEDITINA DE PANNONHALMA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 996/ 2012 Pais/ Continente: Hungria/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Educacional/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Suspenso/ Membrana poliéster Área/ Custo global: 200 m2 e 6 €/m2 T.02. IGREJA DE ST. PETRI-PAULI Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1483/ 2012 Pais/ Continente: Alemanha/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Religioso/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado Área/ Custo global estimado: 36 m2 e 200 €/m2 Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 54 T.03. IGREJA EM VERSALHES Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1706/ 2003 Pais/ Continente: França/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Religioso/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado Área/ Custo global estimado: 400 m2 e 200 €/m2 T.04. MUSEU DA HISTÓRIA ALEMÃ Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1800/ 2010 Pais/ Continente: Alemanha/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Museu/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado transparente Área/ Custo global estimado: 1800 m2 e 60€/m2 T.05. SALA DE REUNIÕES DA COMUNIDADE DE VALLÉE DOLLER E SOULTZBACH Ano de construção pré-existente/ intervenção: ? / 2010 Pais/ Continente: França,/Europa Programa/ tipo de intervenção: Serviços/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica e isolamento acústico, reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado com sistema radiante Área/ Custo global estimado: 500 m2 e 250 €/m2 T.06. CANTINA DE CONVENTO FRANCISCANO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1908/ 2014 Pais/ Continente: Itália, Europa Programa/ tipo de intervenção: Religioso/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico e térmico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado com sistema radiante Área/ Custo global estimado: 350 m2 e 100 €/m2 T.07. MUSEU EM BOLONHA Ano de construção pré-existente/ intervenção: ?/ 2010 Pais/ Continente: Itália, Europa Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Estético, acústico e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado Área/ Custo global estimado: 120 €/m2 T.08. IGREJA DA ELEVAÇÃO DE SANTA CRUZ Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1871/ 2011 Pais/ Continente: República Checa, Europa Programa/ tipo de intervenção: Religioso/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Estético, acústico e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado Área/ Custo global estimado: 250 m2 e 100 €/m2 T.09. ST. EDWARDS UNIVERSITY Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1878/ 2014 Pais/ Continente: Texas, América Programa/ tipo de intervenção: Educacional/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Controlo luminico e acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana ETFE branco Área/ Custo global estimado: 43 m2 e 120 €/m2 T.10. ESCRITORIOS LOGAN Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1900/ 2012 Pais/ Continente: Logan, América Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, iluminação natural e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana dupla de PVC translucida e microperfurada Área/ Custo global estimado: 1200 m2 e 30€/m2 T.11. ECOMEMBRANE Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1936/ 1997 Pais/ Continente: Alemanha, Europa Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Regulação térmica, acústica, iluminação natural e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensada/ membrana PVC transparente simples Área/ Custo global estimado: 1400 m2 e 30€/m2 T.12. IGREJA DE AGNESE DE MODENA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2003 Pais/ Continente: Itália/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Religioso/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana PVC microperfurado Área/ Custo global estimado: 90 m2 e 100€/m2 Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 55 T.13. IGREJA DE ST-IGNATUS-DE-LOYOLA Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1982/ 2011 Pais/ Continente: Canadá/ América Programa/ tipo de intervenção: Religioso/ Renovação Critério funcional p/ a intervenção: Tensado/ Membrana PVC microperfurado Sistema construtivo/ tipo de membrana: Membrana tensionada Área/ Custo global estimado: ? e 100€/m2 T.14. BIBLIOTECA NACIONAL KING FAHAD Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2013 Pais/ Continente: Arabia Saudita/ Ásia Programa/ tipo de intervenção: Biblioteca/ ampliação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, iluminação natural Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ membrana PVDF simples Área/ Custo global estimado: 15000 m2 e 220 €/m2 T.15. ABADIA DE DRAGUN Ano de construção pré-existente/ intervenção: Séc. XIII/ 1940/ 2014 Pais/ Continente: Alemanha/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Cultural/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensionado/ membrana de poliéster Área/ Custo global estimado: 300 m2 Tabela 4.5. Casos de estudo de reabilitação funcional com membranas em que a paredes divisórias foi o elemento intervencionado. PI.01. DANISH CULTURAL MINISTRY Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1978/ 2005 Pais/ Continente: Dinamarca/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Escritórios/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Acústica, flexibilidade e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Suspenso/ membrana de veludo Área/ Custo global estimado: 180m2 e 80€/m2 PI.02. HOTEL EVIDENCIA LIGHT Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1900/ 2012 Pais/ Continente: Portugal/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Hotel/ renovação Critério funcional p/ a intervenção: Estética (definição espacial), acústica e reversibilidade Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana poliéster revestida a PU Área/ Custo global estimado: 30 €/m2 PI.03. MINO Ano de construção pré-existente/ intervenção: 1970/ 2010 Pais/ Continente: Itália/ Europa Programa/ tipo de intervenção: Alojamento/ alteração Critério funcional p/ a intervenção: Acústico, térmico e luminico Sistema construtivo/ tipo de membrana: Tensado/ Membrana poliéster de malha aberta Área/ Custo global estimado: 30 €/m2 4.3. Análise geral dos casos de estudo Embora no passado as membranas arquitetónicas tenham sido usadas principalmente em sistemas de cobertura, atualmente, devido aos vários requisitos existentes estão a surgir múltiplas soluções de arquitetura têxtil que respondem positivamente a muitos requisitos funcionais: reabilitar, proteger e valorizar edifícios existentes. No entanto, apesar do conhecimento desses benefícios, muitos profissionais do setor da construção não estão familiarizados com o comportamento e as características das membranas. A falta de informação sobre o seu uso e propriedades, pela comunidade de projetistas e construtores, limita a capacidade de alcançarem os mais elevados padrões regulamentares de qualidade. Setenta projetos de reabilitação com membranas foram classificados cronologicamente, distinguindo-os por países e tipo de aplicação/elementos construtivos. É evidente que existe um claro aumento no uso de membranas nos últimos 30 anos, liderado por aplicações em coberturas (de pátios) e tetos. A lista completa dos projetos e a sua análise detalhada, segundo o tipo de aplicação, encontra-se disponível no Anexo 4. 4.3.1. Mapeamento de aplicações A fim de assegurar uma boa representatividade da amostra selecionada dos projetos de intervenção foi necessário definir um mapa de aplicações das membranas na reabilitação de edifícios. Com base no estudo de Browaeys (2011) (que estabelece um mapa de aplicação de têxteis técnicos) apresenta-se na Tabela 4.6 e Figura 4.3, uma síntese e exemplos das aplicações das membranas arquitetónicas para a reabilitação de edifícios. A Tabela 4.6 e a Figura 4.4 classificam-nas em várias famílias (esta lista não é exaustiva). Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 56 Tabela 4.6. Síntese das principais aplicações de Têxteis técnicos, em especial membranas arquitetónicas, na reabilitação de edifícios. Estruturas e elementos arquitetónicos •Estruturas tensadas/ pneumáticas; •fachada dupla; •cobertura de pátios existentes; •estruturas de ampliação horizontal e vertical; •tetos tensados e divisórias interiores (impressos, retro iluminados, perfurados). (a) Revestimento de pavimentos •Camada acústica; •camada impermeável; •segurança em caso de queda (no caso dos têxteis tufados). (b) Estruturas temporárias/ auxiliares •Fachadas ou coberturas provisórias; •cofragem perdida ou provisória em membrana; •plataformas de trabalho para espaços abertos; •barreiras acústicas ou de sujidade. (b) Reforço estrutural e monitorização •Vigas pneumáticas; •dispositivo em membrana para monitorização do desempenho estrutural de edifícios afetados por uma catástrofe; •ligas de reforço estrutura (em poliéster, fibra de vidro ou malha de fibra de carbono). (b) (c) (d) Elementos de proteção •Dispositivos de sombreamento e proteção solar; •redes de segurança; •isolamentos térmicos leves compósitos; •barreiras de vapor para estruturas de madeira. Figura 4.3. Exemplos de aplicação de membranas em intervenções de reabilitação de edifícios (de cima para baixo): (a) rede de cintas para reforço da segurança em coberturas degradadas/ em perigo e suporte de materiais de isolamento térmico pelo interior da cobertura (Techstyle Haus, 2015); (b) aplicação de rede sintética para o reforço de parede de adobe (FIgueiredo et al., 2012); (c) sistema de cobertura provisória pneumática (Southerninflatables, 2013) e tensionada Combisafe Ubix®; (d) rede de sensores de tração incorporados em geotêxtil, para monitorizar o deslocamento do solo, passível de ser aplicado no revestimento de paredes de edifícios que sofreram danos sísmicos (Heyse et al., 2015) e sistema de rede de segurança SpanSet Walkabout (Spanset, 2015). Instalações e equipamentos •Condutas de ar; •extensões elétricas (em faixas de membrana com ligas condutoras integradas); •integração de células fotovoltaicas flexíveis, bem como sensores e dispositivos de recolha de informação. O ponto de partida para a análise dos casos de estudo consistiu na definição dos conceitos de aplicação arquitetónica de membranas para intervenções de reabilitação. Esta definição resultou da adaptação/ reformulação dos conceitos definidos por Mollaert et al. (2003) (originalmente orientada para aplicações em edifícios construídos de raiz). Da análise da amostra identificaram-se cinco opções recorrentes nos projetos de intervenção (Figura 4.5): (1) fachada e cobertura independentes, compostas por uma membrana; (2) adição de segundas fachadas, claraboias e coberturas, fixas ou móveis; (3) cobertura de pátios/ justaposição - construir sobre o construído; (4) integração - construir dentro do construído; (5) introdução de elementos de definição espacial interiores (tetos falsos e divisórias tensionados). A Figura 4.5 apresenta a classificação dos elementos construtivos em análise segundo o grau de proteção. Independente (fixa) Exterior (ampliação) Cobertura (fixa ou móvel com ou sem estrutura de suporte intermédia) ampliação bilateral ampliação vertical ampliação horizontal sobre cobertura 1 1 2 3 Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 57 Figura 4.4.Classificação dos tipos e variações de aplicações arquitetónicas de membranas na reabilitação de edifícios (parcialmente adaptado de Mollaert et al. (2003)). Elementos Primários Elementos Secundários Figura 4.5. Classificação dos elementos construtivos em análise (intervencionados com membrana arquitetónica) segundo o grau de proteção (parcialmente adaptado de Mollaert et al. (2003)). 4.3.2. Parâmetros contextuais  Ano de construção do pré-existente e ano de intervenção Os setenta projetos selecionados foram distinguidos pela intervenção nos seus elementos de definição espacial: coberturas (60%), tetos (21%), fachadas (13%) e paredes divisórias (6%). Todos os projetos de intervenção foram classificados cronologicamente. De acordo com as categorias de durabilidade definidas por Douglas (2006), verifica-se que a maioria das intervenções de reabilitação com membranas (45%) ocorre em edifícios antigos, com mais de 120 anos à data da intervenção com membranas, e que apresentam vida longa (Figura 4.6); relativamente aos restantes projetos, 30% dos edifícios intervencionados têm uma vida normal (60-119 anos), 20% têm uma vida mediana (30-59 anos) e 5% têm uma vida curta (abaixo de 30 anos) (Figura 4.6). Pela análise cronológica dos projetos em estudo, verifica-se que a idade média dos edifícios pré-existentes é de 171 anos (máximo superior a 2000 anos e mínimo de 23 anos). Categoria Descrição Categoria de durabilidade 1 Temporária Período mínimo: Até 10 anos 2 Vida curta Período mínimo: 10 anos 3 Vida média Período mínimo: 30 anos 4 Vida normal Período mínimo: 60 anos 5 Vida longa Período mínimo: 120 anos Figura 4.6. Tabela com categorias de durabilidade para edifícios (BS 7543, 1992 apud Douglas, 2006). Gráfico com distribuição dos projetos de intervenção em análise segundo a idade do edifício intervencionado (à data da intervenção) e o elemento construtivo intervencionado com membrana. Fachada segunda pele pneumática segunda pele modular parede cortina móvel Elemento interior horizontal Elemento interior vertical definição espacial dupla construir dentro do construido teto tensado parede tensada segundo revestimento teto adaptavel parede adaptavel 2 4 4 4 5 5 definição espacial dupla construir dentro do construido cobertura pneumática cobertura tensada cobertura retratil 2ª fachada pneumática teto tensado parede interior adaptavel teto modular adaptavel 2ª Fachada tensada Fachada cortina parede interior tensadaduplicação da definição espacial duplicação da definição espacial 2ª pele interior adaptavel Cobertura Fachada Teto Parede divisória 7 16 73 2 2 4 12 3 3 1 0 5 10 15 20 25 Vida normal: 60 a 119 anos Vida média: 30 a 59 anos Vida longa: ≥ 120 anos Vida curta: menos de 30 anos Número de projetos Idade do edificio pré-existente à data da intervenção com membranas Cobertura Fachada Teto Parede divisória Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 58 Em meados do século XX, a aplicação de membranas na área de estruturas autoportantes foi fundamentalmente influenciada pela obra de Frei Otto. Foram criadas aplicações com têxteis para coberturas em feiras mundiais, teatros ao ar livre e complexos desportivos. Assim, a construção em membrana conquistou novos campos de aplicação, sedentária, como alternativa à arquitetura clássica. Isto deveu-se ao desenvolvimento de fibras sintéticas, bem como tecnologias modernas de acabamento têxtil pós-1945 (Knippers et al. 2010). Entre os anos 50 a 70, experienciaram-se muitas intervenções com membranas em áreas diversas. No entanto, as deficiências técnicas levaram à diminuição do uso destas tecnologias. Contudo, observa-se um retorno às aplicações arquitetónicas com membranas nos últimos anos. Pelo estudo cronológico dos projetos em análise, verifica-se que a aplicação de membranas arquitetónicas é relativamente recente, dado que estas intervenções se realizaram, em média, há 10 anos (máximo 30 anos e mínimo 4 anos) (Figura 4.7), idade que corresponde à durabilidade média (de 10 a +/- 5 anos) dos materiais em membrana aplicados em intervenções de reabilitação até ao ano de 2018. Os sistemas construtivos em membrana experienciaram um importante desenvolvimento nos últimos 30 anos e verifica-se que existiu um aumento no uso de membranas em intervenções de reabilitação na última década, liderado por aplicações em coberturas de pátios/claraboias (Figura 8). As intervenções mais antigas com membrana são em coberturas de edifícios e datam de 1988 – projeto Arena de Nimes (refª C.01) e o projeto Fukiya International Villa Hall (refª C.20). Figura 4.7. Distribuição dos projetos selecionados pelo ano de intervenção com membranas. Cada vez são criadas mais soluções inovadoras e utilizações experimentais com membranas. O espectro vai desde aplicações de alta tecnologia a baixa tecnologia que exploram cada vez mais as potencialidades da arquitetura com membranas. Em particular, o projeto University of West London (refª C.32) mostra a rapidez com que evoluem os materiais em membrana, pois após 8 anos, foi substituída a membrana ETFE de uma cobertura pré-existente por uma outra membrana ETFE com maior transmissão lumínica. Outro exemplo é o projeto de reabilitação Talisman Centre (refª C.30, detalhes no Anexo 4)) em que uma nova membrana dupla de fibra de vidro revestida a PTFE com manta de aerogel intermédia foi a opção selecionada para substituir a membrana simples de fibra de vidro revestida a PTFE instalada em 1983. Esteticamente, a nova membrana possui a mesma aparência da membrana existente, enquanto funcionalmente fornece cinco vezes mais isolamento do que a membrana existente, promove a passagem de luz natural, reduz o risco de condensações e evita perdas de calor decorrentes do aquecimento da água das piscinas. No ano de 1997 foi executada uma intervenção inovadora - projeto Eco Membrane (refª T.11 (detalhes no Anexo 4)) - com a duplicação de um espaço interior através da aplicação de um membrana de PVC para otimizar o desempenho térmico no interior do edifício. Esta otimização foi conseguida através da inserção de duas membranas com ar entre si. Dos constrangimentos inerentes a esta intervenção resultou uma solução arquitetónica inovadora, em que a reutilização de edifícios industriais se tornou um ato de sustentabilidade, na medida em que se evitaram resíduos de demolição e se reduziu o consumo de novos materiais de construção e de energia. No ano de 2007 assistiu-se à primeira aplicação de membranas numa reabilitação de fachadas – projeto Westraven (refª F.05 (detalhes no Anexo 4). A membrana foi tensionada entre balaustres metálicos através de tubos de alumínio, fazendo uso das instalações existentes para ancoragem dos equipamentos de limpeza de vidros. Uma vez que esta solução foi aplicada pela 1ª vez no âmbito de uma intervenção de reabilitação de um 0 2 4 6 8 10 12 1980 1988 1990 1997 2000 2003 2004 2005 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Número de projetos Ano de intervenção Parede divisória Teto Fachada Cobertura Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 65 Nos anos setenta foram propostas muitas estratégias relativamente ao uso de sistemas ativos pneumáticos para regulação térmica. Contudo, foram realizados poucos protótipos e monitorizações. Atualmente, as estratégias de regulação térmica de tecnologias pneumáticas com membranas estão focadas no uso de gases menos densos que o ar (tal como hélio, árgon, azoto) e na combinação com outros materiais (aerogel), o que pode melhorar as propriedades de isolamento. Em 2010 foi aplicada no projeto Talisman Center (refª C.30) uma membrana dupla de fibra de vidro, revestida a PTFE, com manta intermédia de aerogel, comercialmente denominada de “ Tensotherm Lumira Nanogel ” (Birdair, 2016). Esta membrana fornece cinco vezes mais isolamento do que a membrana pré-existente, promove a passagem de luz natural, reduz o risco de condensações e evita perdas de calor decorrentes do aquecimento da água das piscinas. Para além da adição de isolamento térmico em intervenções de reabilitação funcional, o controlo da iluminação natural e da radiação solar tem sido a estratégia mais desenvolvida nas últimas décadas. Novos materiais como o ETFE oferecem elevados níveis de transmissão de radiação visível, transmissão de raios ultravioleta e de autolimpeza que favorecem a redução do consumo de energia elétrica. Observa-se que os desenvolvimentos mais importantes nas intervenções com membranas ETFE foram alcançados através de estratégias de sombreamento e controlo de ganhos solares nos edifícios. Estas estratégias podem ser classificadas como passivas e ativas. Um exemplo baseia-se na utilização de padrões impressos sobre membranas transparentes (Figura 4.17(a)), ou na combinação de superfícies opacas e transparentes. De outra forma, os sistemas ativos baseiam-se em padrões positivos e negativos sobre diferentes camadas, cuja separação varia em função dos níveis de pressão interior e dos valores de radiação necessários em cada momento do dia (Figura 4.17(b)). Adicionalmente, devido à crescente procura por membranas com melhor desempenho térmico, atualmente já existem membranas com revestimentos de baixa emissividade. Relativamente às estratégias de ventilação, os projetos em análise mantêm os sistemas construtivos das coberturas e fachadas de vidro, usando janelas, ou almofadas móveis para promover a ventilação natural. As intervenções que utilizam tecnologias construtivas com membranas como se fossem materiais rígidos, mostram que ainda é necessário o aperfeiçoamento de novas estratégias de integração, potenciadas pela propriedades de flexibilidade, como acontece com as coberturas pneumáticas. Um exemplo de estratégia de ventilação é a intervenção feita no projeto com refª F.05. Westraven. Este projeto consiste na reabilitação de um edifício que possuía o “síndrome do edifício doente”. Optou-se por aplicar uma 2ª pele em membrana têxtil com trama aberta nas fachadas existentes. A cavidade entre a fachada existente e a fachada têxtil torna-se numa zona amortecedora (“buffer zone”) e a trama da membrana permite que se gerem pequenos “remoinhos de vento” por trás da membrana de modo a neutralizar o efeito do vento. Deste modo, esta solução oferece proteção contra o vento, tornando possível promover a ventilação do interior do edifício, mesmo com todas as janelas completamente abertas, sem provocar correntes de ar indesejáveis. Além disto, fornece proteção solar, sem bloquear a visão do interior para o exterior.  Estratégias passivas para obter conforto e economia de energia – exemplificadas através da amostra de projetos de reabilitação de edifícios industriais com membranas Todos os elementos que cumprem a sua função através da sua própria existência, ou manuseamento físico (p.e. uma parede opaca com elevada massa térmica, ou um sombreamento exterior ajustável) são elementos passivos, atuam sem consumir energia. Entre as várias estratégias passivas, distinguem-se as “solares passivas”, relacionadas com o conforto térmico, pelo controlo dos ganhos de calor solar (Mendonça, 2005), sendo provavelmente as mais utilizadas. Seguindo a abordagem de aspetos relacionados com a reabilitação (a) (b) Figura 4.17. Estratégia de sombreamento: (a) passivo - projeto refª C.32. University of West London (imagens cedidas por Architen Landrell); (b) ativo (Gonzalez et al., 2011). Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 66 sustentável, apresentam-se alguns exemplos de edifícios industriais reabilitados com membranas - com diferentes estratégias passivas - procurando esclarecer o papel de aumento do desempenho funcional que as membranas podem ter quando adequadamente adaptadas a esses edifícios. Em síntese, na Figura 4.18 são delineadas algumas estratégias para regulação térmica passiva com membranas. A estratégia (A) consiste em adicionar uma membrana de malha aberta e fixa no paramento vertical interior, ou exterior (dependendo se a fachada original tiver interesse em ser preservada) da parede de fachada, através da qual a radiação solar indesejável e/ou ação do vento no espaço interior é reduzida; deste modo pode promover-se a ventilação natural sem causar efeitos indesejáveis. Esta estratégia também é passível de ser adotada em elementos horizontais, nomeadamente através de tetos falsos com membranas microperfuradas, de modo a incrementar a absorção acústica do espaço a intervencionar. Na estratégia seguinte (B), a ventilação natural e a drenagem de águas pluviais (com correção da pendente original) é promovida pela geometria da cobertura. Finalmente, na estratégia (C) uma membrana operável e translúcida é colocada abaixo de uma cobertura transparente, permitindo a redução da passagem de radiação solar indesejável e regular o nível de iluminação natural. A B C Figura 4.18. Estratégias de regulação térmica passiva com membranas, de modo a evitar o sobreaquecimento do espaço interior do edifício intervencionado, bem como promover a melhoria de outros aspetos funcionais (acústicos, lumínicos, etc.). Esquemas concetuais: (A) Escritórios Logan, (B) Estação de comboios de Dresden, (C) Centro cultural FRAC. As intervenções mais antigas de reabilitação de edifícios industriais com membranas são maioritariamente estações de comboios que precisavam de ser atualizadas de acordo com os novos requisitos de tráfego e segurança. Na Figura 4.19(a) identificam-se as estratégias de desenho passivo adotadas na reabilitação funcional da Estação de comboios de Salzburgo. A cobertura existente (com estrutura e revestimento metálico) apresentava um aumento significativo de sobrecargas causadas pela neve e pelo vento (Tensinet, 2016). Por isso, decidiu-se manter a estrutura metálica existente e substituir o revestimento da cobertura, em chapa metálica ondulada, por uma membrana tensada e com conexões pontuais à estrutura metálica pré-existente. Com esta solução, as cargas externas – neve e vento – só seriam transferidas para a estrutura existente através de determinados pontos. Uma membrana de PTFE foi selecionada devido à sua elevada durabilidade, resistência ao fogo, impermeabilidade, resistência mecânica, translucidez e leveza. Com esta solução, foi possível preservar a aparência dos elementos arquitetónicos centenários. Na Estação de comboios de Sakuragicho (Figura 4.19(b)), os apeadeiros/ plataformas existentes tinham coberturas de madeira que não permitiam a entrada de luz natural. Na época em que se realizou a intervenção nesta estação, era recorrente reabilitar as coberturas com a substituição do revestimento em madeira por chapas de fibrocimento, ou chapas metálicas onduladas. Contudo, o problema associado à entrada de luz natural no interior das plataformas mantinha-se. Por isso, a solução adotada para ultrapassar este problema consistiu na execução de coberturas abobadadas com membrana de fibra de vidro revestida a PTFE. Esta membrana possuía a translucidez necessária para fornecer luz natural às plataformas, reduzindo a necessidade de consumo de luz natural. Segundo Ishii (1995), na época não havia construções executadas com esta membrana no Japão. Por isso, foram verificados os aspetos relacionados à durabilidade, à resistência a danos causados a objetos aéreos e à sujidade (o problema associado à acumulação de sujidade foi resolvido através da pulverização periódica de água sobre a cobertura de membrana). +ºC -ºC +ºC -ºC Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 67 A Estação de comboios de Dresden (Figura 4.19(c)), devido à insuficiente manutenção, foi-se deteriorando e, inicialmente, o revestimento original da cobertura (parcialmente envidraçada) foi substituído por um revestimento de madeira que reduziu a entrada de luz natural nas plataformas. De modo a recuperar o desenho da cobertura original, foram removidas as várias alterações realizadas nos últimos 60 anos e, com reforços mínimos, substitui-se o revestimento em madeira da cobertura por uma membrana de fibra de vidro revestida a PTFE, suportada apenas pela estrutura existente, com arcos em ferro fundido (século XIX). A membrana selecionada transmite 13% da luz natural, reduzindo o consumo de iluminação artificial. A ligação entre a cobertura de membrana e os arcos existentes realizou-se através de uma sub estrutura de tubos metálicos. De modo a evitar sobrecargas sobre a estrutura existente, na eventualidade de ocorrer uma falha na superfície em membrana, criou-se uma rede de cabos (ligando cada treliça dos arcos) para formar um conjunto estável (Foster, 2016). (a) (b) (c) Pré-existente Ventilação natural do espaço interior e melhoria do desempenho acústico Maximização da entrada/ difusão de luz natural e Proteção contra as variações climatéricas Legenda: Figura 4.19. Estratégias passivas e ativas para o desenho de soluções com membranas na reabilitação/conversão de estação de comboios: (a) de Salzburgo (Aústria); (b) de Sakuragicho (Japão); (c) de Dresden (Alemanha). As estratégias apresentadas na Figura 4.20 focam-se em soluções com membranas adotadas na reabilitação de edifícios industriais com constrangimentos de reabilitação pelo exterior, e que levaram a equacionar soluções de reabilitação pelo interior. O projeto Eco Membrane (Figura 4.20(a)) consiste no primeiro exemplo registado de reabilitação de edifícios industriais com membranas, em 1997. O edifício existente (com 1400m2) possui estrutura metálica, cobertura sem isolamento térmico, caixilharias em ferro com vidro simples e um espaço interior com fraca iluminação natural. Estas condições estavam longe de fornecer um espaço confortável para o novo departamento de design da empresa Siemens. Além disso, existiam outros constrangimentos para o projeto de reabilitação. Segundo Herzog (2014), a aparência exterior tinha de manter-se inalterada de modo a manter a unidade de conjunto com os restantes edifícios da empresa; a intervenção devia ser mínima, os custos de reabilitação deviam ser baixos e a intervenção devia promover a redução do consumo energético na fase de utilização do edifício. Assim, o pressuposto elementar de que a reciclagem de estruturas industriais obsoletas constitui um ato ecologicamente correto, economizando em resíduos de demolição, novos materiais de construção e consumos energéticos - resultou numa solução arquitetónica inovadora. Foram feitas as intervenções funcionalmente necessárias; manteve-se o revestimento original que fornece proteção adequada a intempéries e adicionou-se uma claraboia na cumieira da cobertura. Internamente, para promover a ventilação natural, foram adicionadas janelas operáveis à faixa envidraçada existente (ao nível do olhar) e adicionou-se um piso técnico com isolamento térmico, pavimento radiante, instalações elétricas e condutas de ar para servir cada local de trabalho. A solução inovadora consiste numa membrana de PVC translúcida, pendurada nas vigas metálicas existentes através de cabos entre os lintéis das novas janelas e a inclinação da cobertura. O ar comprimido entre a membrana e a estrutura existente proporciona isolamento e proteção em forma de tenda, reduz o volume de aquecimento na estação fria, ao mesmo tempo que permite que a estrutura pré-existente se mantenha visível, por trás desta membrana reciclável. Com esta solução, os arquitetos reinterpretaram os snow collector Water drain snow collector Water drain pending correction Potection agains corrosion of the existing structure iluminação difusaIluminação naturalZona tampão ventilação natural ventilação natural (fornecimento de ar através da zona tampão) ar quente ativo/ ventilação mecânica membrana absorção acustica drenagem de água Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 68 princípios históricos de transparência, permitindo que os utilizadores tenham uma recordação visual constante das tecnologias de construção passadas e futuras. A força motriz para criar mais espaços com configuração tipo nave (“open space”) em áreas urbanas foi positivamente vista por especialistas como forma de ajudar a revitalizar antigas áreas industriais. A iluminação natural abundante e o pé direito elevado, tornam este tipo de espaços adequados para a conversão em espaços de trabalho. Um exemplo desta situação é o projeto de intervenção dos Escritórios Logan (Figura 4.20(b)) que resultou da conversão de uso industrial em uso de escritórios. Era necessário criar novos compartimentos para usos distintos e adaptá-los aos novos requisitos. O objetivo era manter os ganhos de luz natural, criando espaços visualmente interligados entre si (o grau de privacidade requerido para cada área de trabalho foi definido pelo grau de translucidez da membrana aplicada). A parede divisória em membrana de poliéster com malha aberta e translúcida separa as áreas de trabalho centrais, reduzindo visualmente a escala do espaço; um teto retro iluminado em membrana de PVC tensada difunde a luz uniformemente e sem criação de sombras. O espaço existente apresenta estrutura, caixilharias e tubagens em ferro, desgastados pelo uso e pelo tempo. As soluções de revestimento adotadas para o paramento interior das paredes de fachada, permitem a rápida e fácil ocultação de quaisquer defeitos estéticos em grandes vãos, mantendo a passagem da luz natural e a visualização (em 2º plano) dos elementos de construção originais (como caixilharias e tubagens em ferro) - princípio da transparência. Além disso, este revestimento em membrana foi tensionado para garantir firmeza no toque e pode ser removido sem danificar os elementos de construção existentes. A Figura 4.20(c) representa o conceito de intervenção do projeto Mino, resultante da conversão de uma antiga fábrica de cânhamo numa pousada de juventude. A pousada é concebida como uma “máquina passiva” (Ravalli, 2016), na qual os fluxos de ar são movimentados de modo a obter benefícios para a climatização do espaço, enquanto os sistemas de distribuição e a disposição morfológica das salas (concebidos para minimizar recursos) permitem uma capacidade de alojamento ajustável: mais alta durante a primavera e o verão (ou em eventos especiais) e reduzida ao essencial durante a temporada baixa. Na impossibilidade de dividir este espaço em mais unidades, devido ao facto de só existir uma única entrada de luz e ar, o projeto sugere uma solução de dormitório alternativa, como um acampamento interno: “células” autónomas são definidas de forma independente com uma envolvente em membrana de poliéster translúcido. Não apenas fisicamente, mas também climaticamente independentes, estas “células” têm um sistema pontual de climatização autónomo. Todas as instalações e equipamentos de climatização estão ligados em rede, sob uma plataforma de madeira que pode ser inspecionada e que interliga todas as células. No espaço principal, a ventilação do ar é passiva, facilitada pela posição das janelas no lado norte e por duas torres de ventilação localizadas na cobertura (Ravalli, 2016). Por toda a Europa existem áreas portuárias com edifícios vazios que têm sido convertidos em áreas residenciais ou centros culturais; a envolvente natural, a localização e a proximidade ao centro da cidade contribuem para o sucesso dessas conversões. Um exemplo disso é o Centro cultural FRAC Art (Figura 4.22(a)), um antigo estaleiro localizado numa frente marítima e com um grande espaço interior. Um dos usos propostos foi um espaço museu para o coletivo de arte FRAC. A intervenção de reabilitação manteve o edifício existente e criou uma ampliação horizontal, um novo edifício com a mesma dimensão e aspeto formal, adjacente ao edifício existente. Esta ampliação apresenta uma envolvente transparente – em membrana de ETFE dupla e pneumática – que permite a visualização do edifício opaco pré-existente. Do ponto de vista económico, a solução adotada (para construir a ampliação e restaurar o edifício existente, com 11129m2 no total) custou 12 000 000 €; menos 1 000 000 € da verba disponível para reabilitar apenas o edifício existente (Lacaton & Vassal, 2016). Um outro exemplo é o da conversão de dois silos de cereais da fábrica “ Soya Bean Cake ” em unidades residenciais. Os silos são estruturas cilíndricas mistas, com paredes de alvenaria e anéis de betão, sendo na sua configuração estrutural que reside o conceito de intervenção do projeto Frøsilo (Figura 4.21(h)). As restrições na realização de aberturas em anéis de betão, aliadas à intenção de manter as qualidades do espaço interior do silo - verticalidade e abertura - levaram os projetistas a localizar as unidades habitacionais fora dos silos, convertendo-os em dois grandes átrios. Para enfatizar essa qualidade espacial e proporcionar a máxima iluminação natural, a cobertura do átrio foi executada com uma membrana ETFE transparente. As razões para escolher a membrana ETFE foram: leveza, o fato de dispensar apoios a meio vão (25 metros) e a transparência. Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 69 O Landscape Park Duisburg Nord foi reabilitado com a intenção de preservar e entender o passado da indústria. A fábrica existente foi fechada em 1985 devido às indicações da Comunidade Europeia para reduzir a produção de aço (Clarke, 2002). No centro deste parque industrial ergue-se uma siderúrgica abandonada, cujas antigas instalações industriais foram utilizadas para uma ampla variedade de usos. A Casting house (Figura 4.21(c)) foi reabilitada para acomodar até 1500 espectadores para vários tipos de eventos (concertos, teatro, cinema, etc.). Uma particularidade deste projeto é o teto transparente e deslizante sobre o espaço exterior. Almofadas de membrana ETFE suportadas pneumaticamente compõem o teto retrátil, montado em carris semelhantes a ondas (SBP, 2016), que ondula entre as grandes tubagens presentes no exterior. (a) (b) (c) Pré-existente Espaço tampão para melhoria do isolamento térmico e acústico Pavimento quente ativo/ ventilação mecânica. Redução do volume de aquecimento Promoção da ventilação natural do espaço através da zona tampão. Promoção da ventilação natural do espaço interior com melhoria do desempenho acústico Maximização da entrada/ difusão de luz natural e Proteção contra as variações climatéricas Legenda: Figura 4.20. Estratégias passivas e ativas para o desenho de soluções com membranas na reabilitação/conversão de edifícios industriais: (a) Eco Membrane; (b) Escritórios Logan; (c) Mino. (a) (b) (c) Pré-existente +ºC iluminação difusaIluminação naturalZona tampão ventilação natural ventilação natural (fornecimento de ar através da zona tampão) ar quente ativo/ ventilação mecânica membrana absorção acustica drenagem de água Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 70 Ventilação natural do espaço interior. Maximização da entrada e difusão de luz natural Proteção contra as variações climatéricas. Legenda: Figura 4.21. Estratégias passivas e ativas para o desenho de soluções com membranas na reabilitação/conversão de edifícios industriais: (a) FRAC Art Centre; (b) Frøsilo; (c) Casting house, Landschaftspark. 4.3.6. Parâmetros construtivos Outro critério de análise dos projetos selecionados está relacionado com as tecnologias de construção dos elementos construtivos. Dependendo das melhorias a serem atingidas, recorre-se a diferentes soluções caracterizadas pela combinação com outros materiais, componentes ou estruturas, sintetizadas da seguinte forma:  Sistema de 2ª pele em membrana, pelo interior ou exterior do edifício, colocada em tensão e executada sobre um suporte existente;  Sistema de painéis em membrana montado sobre subestruturas, ou painéis feitos de outro material;  Sistema multicamada constituído por diferentes materiais e tecnologias, no qual as camadas limites em membrana têm função estrutural e de proteção externa e interna, e a(s) camada(s) intermédia(s) não se encontra(m) tensionada(s);  Sistema de membrana dupla sob pressão com insuflação de ar positiva (alta ou baixa) ou negativa;  Sistema de vedação e revestimento em membrana pré-tensada, ancorada a uma subestrutura pontual ou perimetral. As estruturas tensionadas, como o termo refere, atingem capacidade estrutural através de forças de tensão na maioria dos componentes, tais como cabos e membranas, exceto nos componentes estruturais perimetrais rígidos, que são geralmente sujeitos a compressão e flexão. Segundo Lewis (2003), as estruturas tensionadas são normalmente subdivididas em: membranas tensionadas perimetralmente, estruturas pneumáticas e elementos em pré-esforço (como redes de cabos e vigas). As estruturas com membranas tensionadas são compostas por membranas leves (em média com 0.3 a 1.8 kg/m2), com elevada flexibilidade e um nível de pré-esforço que gera rigidez na superfície. O estado de tensão é introduzido através de elementos como cabos, cordões ou fitas que podem ser configurados como bordaduras flexíveis. O equilíbrio geral da estrutura é atingido pela rigidez das arestas e dos elementos de suporte, geralmente sujeitos a compressão e/ou flexão. A capacidade de carga da superfície é atingida pela introdução de dupla curvatura e de pretensão. As estruturas pneumáticas incluem todas as estruturas leves em que a capacidade estrutural é atingida através da pressão de ar. Maioritariamente, são subdivididas em duas categorias: estruturas com membrana simples estabilizada apenas por uma pequena diferença de pressão entre o interior e o exterior, e estruturas estabilizadas pela pressão de ar retida entre duas, ou mais camadas de membrana. As estruturas com elementos em pré-esforço podem suportar cargas através de elementos flexíveis lineares sob tensão (redes de cabos), com a exceção dos elementos rígidos de suporte (como vigas de anel +ºC -ºC +ºC -ºC +ºC -ºC -ºC +ºC iluminação difusaIluminação naturalZona tampão ventilação natural ventilação natural (fornecimento de ar através da zona tampão) ar quente ativo/ ventilação mecânica membrana absorção acustica drenagem de água Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 71 rígido ou mastros). Estas estruturas podem ser subdivididas em redes de cabos que formam superfícies tridimensionais – cúpulas – ou em treliças de cabos numa versão bidimensional. Verifica-se que a maioria dos projetos em análise apresenta estruturas em membrana tensionada (66%) e com estrutura pneumática (24%) (Figura 4.22). O planeamento de uma intervenção de reabilitação inicia-se com a análise do existente. Verifica-se que o tipo de estrutura dos edifícios intervencionados é maioritariamente mista (55%) (Figura 4.23). Também se constata que 90% das existências não necessitaram de ser estruturalmente reforçadas para acolherem as intervenções com membranas arquitetónicas. Verifica-se que os sistemas construtivos em membrana em análise transmitem cargas à estrutura existente através dos seguintes tipos de subestrutura: perimetral (70%), pontual (17%) e linear (13%) (Figuras 4.24 e 4.25). Da amostra de projetos, verifica-se que a maioria das subestruturas perimetrais são aros (46%), caixilhos (30%) e anéis (24%); enquanto as subestruturas lineares são vigas (42%), arcos (35%), treliças (13%) e lintéis (10%). Relativamente às subestruturas pontuais, só se registam mastros e ganchos. Figura 4.22. Intervenção com membrana – a) distribuição por tipos de aplicação presentes nos projetos em análise. Figura 4.23. Tipo de estrutura existente sobre a qual é feita a intervenção em membrana nos projetos em análise (a) (b) Figura 4.24. (a) Intervenção com membranas – tipos de elementos através dos quais é feita a transmissão de cargas da membrana para a estrutura existente. (b) Sistema de membrana. (a) (b) (c) Figura 4.25. Exemplos de pormenores de ligações nos diferentes tipos de transmissão de carga em análise: (a) Pontual – exemplo projeto refª C.13; (b) Linear – exemplo projeto refª C.25; (c) Perimetral – exemplo projeto refª C.03. Os materiais dos elementos da subestrutura (estrutura secundária) foram analisados de acordo com os diferentes sistemas construtivos de membranas (Figura 4.26). A maioria dos projetos é construída com subestruturas metálicas (61%). Contudo, em sistemas tensionados, são frequentemente utilizadas subestruturas em material polimérico e em madeira (cerca de 30% e 15%, respetivamente). As subestruturas em betão são particularmente utilizadas em embasamentos de unidades de estruturas pneumáticas com grandes vãos, ou em ancoragens de suporte onde a transmissão de carga é demasiado elevada, ou ainda em alguns elementos lineares, como vigas ou vigas de coroamento, onde o desenho arquitetónico deva prevalecer sobre a leveza destes sistemas (tensionados ou pneumáticos). Tensionada 66% Pneumatica 24% Colada Suspensa 3% Madeira 9% Betão 7% Metalica 10% Mista 59% Alvenaria de pedra 15% pontual 17% perimetral linear 13% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Tensionada Pneumatica Suspensa linear perimetral pontual Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 72 (a) (b) Figura 4.26. Intervenção com membrana – a) material da subestrutura; b) tipo de aplicação de membrana segundo o material da subestrutura.  Materiais em membrana Verifica-se que as soluções com materiais em membrana são utilizadas de forma independente, ou complementar a outros materiais. Dos materiais em membrana utilizados nos projetos em análise, a membrana de ETFE é a mais utilizada (35%) (Tabela 4.9), principalmente na última década. A autolimpeza, durabilidade e elevada transmissão de luz têm promovido a sua utilização em muitas soluções com carater permanente. Outras membranas, com tecido de poliéster ou de fibra de vidro revestidos com PVC ou PTFE, também são utilizadas com frequência em situações que requerem maior resistência. Também se regista que os sistemas pneumáticos analisados apresentam, na maioria, duas ou mais membranas (Figura 4.27). A Tabela 10 apresenta as características básicas destas membranas. Tabela 4.9. Materiais em membrana utilizados nos projetos em análise. Material da membrana % Material da membrana % Tetrafluorotileno de etileno (ETFE) 35% Não tecido de poliéster 0,5% Tecido fibra vidro revestido politetrafluoretileno (PTFE) 16% Poliolefina (TPO) 0,5% Policloreto de vinil (PVC) 10% Tecido e revestimento PTFE 0,5% PVC microperfurada 9% PVDF 0,5% Tecido poliéster revestido PVC 16% Rede de polietileno 0,5% Polietileno de alta densidade (PEAD) 5% Rede de sisal e polietileno 0,5% Tecido Poliéster revestido PVC + Fluoreto de polivinilideno (PVDF) 3% Tecido poliéster 0,5% Betuminosa + fibra de vidro 0,5% Tecido poliéster revestido PVC 0,5% Tecido fibra vidro revestido PTFE + manta aerogel 0,5% Tecido poliéster revestido a poliuretano (PU) 0,5% Veludo 0,5% Tabela 4.10. Principais características dos materiais em membrana com maior aplicação na reabilitação de edifícios. Poliéster revestida a PVC Fibra de vidro revestida a PTFE ETFE •Mais económico; •alta resistência e baixo peso; •adequado para construções retrateis; •o revestimento de PVC emite poluentes quando exposto à radiação UV - durabilidade limitada - 15 a 20 anos - o material fica mais cinzento com o passar do tempo (devido ao acumular de sujidade) (KNIPPERS et al., 2011); •retardador de chama; restrito a certas aplicações. •Cada vez mais visto como amigo do ambiente e extremamente durável – duração estimada de 35 anos; •o revestimento em PTFE atua como antiaderente à sujidade; •reduzida elasticidade e resistência à encurvadura - importante para a fase de pré-montagem; •não combustível. •Utilizada em membranas simples, duplas ou triplas, insufladas ou não; cerca de 0.2 mm de espessura; •comparativamente ao vidro, oferece uma elevada transmitância de raios UV (KNIPPERS et al., 2011); •boa capacidade de impressão, utilizada por exemplo para limitar ou refletir a transmissão de raios solares [5]; •bom comportamento tensão-deformação e propriedades isotrópicas; •classificado como não inflamável. Figura 4.27. Análise do número de camadas em função do sistema adotado nas intervenções com membrana nos projetos em análise. Madeira 13% Metal 61% Polimérico 22% Betao 4% 0% 20% 40% 60% 80% 100% tensionada pneumatica suspensa Betao Polimérico Metal Madeira Simples 71% Dupla 19% Tripla 8% Quintupla 2% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Simples Dupla Tripla Quintupla suspensa pneumatica tensionada Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 73 Em síntese, atendendo a aspetos construtivos, a maioria dos projetos em análise apresenta estrutura mista (55%) e 90% dos elementos construtivos dos edifícios existentes não necessitam de ser reforçados estruturalmente para acomodar as tecnologias construtivas com membranas. Relativamente ao tipo de elemento construtivo, a cobertura é o mais intervencionado com membranas (55%), seguindo-se os tetos (23%). A maioria dos elementos apresenta sistemas construtivos tensionados (76%) ou pneumáticos (24%). No entanto, a maioria das soluções pneumáticas tem um domínio particular em projetos de intervenção em coberturas (75% são pneumáticas). A maioria dos projetos apresenta uma área superficial de membrana que varia entre 51-300 m2 (30%) e 1000-5000 m2 (30%); entre outros materiais, como madeira ou poliméricos, a maior parte das subestruturas são executadas com perfis metálicos (61%). Além disso, 95% dos projetos de intervenção analisados apresentam instalações fixas de membrana, sendo as restantes móveis. 4.3.7. Parâmetros económicos O último parâmetro de análise global dos projetos em análise é o económico. Os resultados apresentados foram obtidos através da análise aos projetos selecionados, que foram realizados em vários países, não estando portanto associados a uma economia de um pais especifico, mas sim a uma média entre vários. Os elementos construtivos que assumem maior custo médio (custo material + custo de instalação) em intervenções de reabilitação com membrana são as coberturas (449€/m²) e as fachadas (250€/m²) (Figura 4.28). Importa reter que o custo global das intervenções com membrana varia em função da complexidade do desenho, do tipo de estrutura, das fundações etc., da localização e do custo da mão-de-obra especializada (Tabela 4.11). Os sistemas construtivos em membrana com estrutura pneumática possuem custos mais elevados relativamente aos outros sistemas (Figura 4.29), possivelmente devido à multiplicação de camadas de membrana e aos dispositivos necessários para manter a pressão do ar. Figura 4.28. Custo por metro quadrado (custo material + custo de instalação) da intervenção com membrana por elemento construtivo. Tabela 4.11. Decomposição do custo de uma intervenção com membranas (Armijos, 2008) (Fabric Architect, 2018). Etapas: Percentagem: Projeto arquitetónico (5-15%) Projeto de dimensionamento estrutural (5-15%) Gestão do projeto/ acompanhamento (5-15%) Produção da subestrutura (depende se apresentam mastros ou aros para o tensionamento da membrana) (10-60%) Transformação da membrana (depende da complexidade do desenho) (10-60%) Instalação (depende da localização e da mão de obra) (10-30%) Equipamentos (depende do acesso ao local da obra e a localização da mesma) (5-10%) Transporte (1-5%) Manutenção periódica (sazonal) (1-5%) Figura 4.29. Relação entre o custo por metro quadrado e o sistema construtivo em membrana. 449 260 50 127 47 0 200 400 600 Cobertura Fachada Fundações Teto Parede interior Custo Global médio [€/m²] Elemento construtivo 62,5 544 43 264 0 100 200 300 400 500 600 colada pneumatica suspensa tensionada Custo Global médio [€/m²] Sistema construtivo em membrana Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 74 As intervenções de ampliação são as que possuem o maior custo global (410€/m²) e as de renovação possuem o menor custo global (256€/m²) (Figura 4.30). Também se verifica que as intervenções realizadas em edifícios modernos (construídos entre 1960 e 1990) são as que possuem o custo mais elevado (Figura 4.31). A relação entre o custo por m2 e o grau de intervenção é gradual; à medida que o grau de intervenção aumenta, o custo por m2 também aumenta (Figura 4.32). As intervenções com grau excecional apresentam o maior custo global (808€/m²), aproximadamente o quádruplo das intervenções com grau ligeiro, devido à singularidade dos projetos que requerem uma maior especialização e detalhe. Verifica-se que o custo médio da intervenção tende a aumentar à medida que a área de intervenção aumenta (Figura 4.33), com exceção das áreas XXL (superiores a 20000 m²). Figura 4.30. Relação entre o custo por metro quadrado e o tipo de intervenção de reabilitação com membranas arquitetónicas. Figura 4.31. Relação entre o custo por metro quadrado da intervenção com membrana e o ano de construção do edifício pré-existente. Figura 4.32. Relação entre o custo por metro quadrado da intervenção com membrana e o grau de intervenção. Área [m²] Tamanho12 Percentagem de projetos em análise 0 - 50 XS 11% 51 - 300 S 30% 301 - 1000 M 20% 1001 - 5000 L 30% 5001 - 20000 XL 5% › 20000 XXL 4% Figura 4.33. Relação entre o custo por metro quadrado da intervenção e a área superficial de membrana aplicada. Nota: até ao momento, foram apresentados os resultados da análise da totalidade da amostra. Contudo também foi realizada uma análise detalhada da amostra, por elementos construtivos, primários e secundários, onde se mostram pormenores construtivos e descrições detalhadas sobre a ligação da solução membrana ao edifício existente. Esta análise encontra-se no Anexo 4, nas secções 4.1 e 4.2. 4.4. Princípios e abordagens de reabilitação com membranas arquitetónicas A arquitetura têxtil apresenta potencial para oferecer várias vantagens, como: elevada flexibilidade, reduzido impacto visual, formas orgânicas, modularidade, adequação a qualquer geometria, reutilização, estrutura de suporte leve, fácil transporte, reduzida manutenção e rápida instalação ou desmontagem. No entanto, é 12 Considera-se a classificação da área superficial definida por Gonzales et al. (2011). 363 256 410 0 200 400 600 Alteração Renovação Ampliação Custo Global médio [€/m²] Tipo de intervenção 283 453 319 0 100 200 300 400 500 pre 1960 1960 a 1990 1991 a 2016 Custo Global médio [€/m²] Ano de construção do pré-existente 217 221 434 808 0 200 400 600 800 1000 ligeira media profunda excecional Custo global médio [€/m²] Grau de intervenção 150 231 302 300 1050 243 0 500 1000 1500 XS S M L XL XXL 0-50 51 - 300 301 - 1000 1001 - 5000 5001 - 20000 › 20000 Custo global médio [€/m²] Area superficial da membrana aplicada [m²] Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 81  Acústica O efeito da reduzida massa e espessura das membranas também se faz sentir no desempenho acústico. Os espaços configurados por este materiais, geralmente, apresentam vários problemas acústicos, como eco, ondas estacionárias, o foco do som e fortes reflexões tardias (depois de 100m), que diminuem significativamente a inteligibilidade da palavra (Nocera, et al . 2014). Os problemas/deficiências frequentemente descritos são: reverberação, baixa absorção sonora, problemas associados ao ruído de impacto da chuva e fraco desempenho do isolamento sonoro (Simões, 2000; Nocera et al., 2014; Chemlik et al. ,2015). Por isso, segundo Monjo (1985), o alcance de boas condições acústicas, num espaço delimitado por estes materiais, deverá realizar-se através do desenho. Quando utilizadas para a reabilitação de um edifício, sobretudo com elementos construtivo pesados (que na maioria das vezes apresentam materiais refletores acústicos (p.e. gesso, vidro, metal, etc .)), as soluções de membrana podem melhorar (através do ajuste das suas características absorventes acústicas) as condições acústicas existentes. A possibilidade de incluir alguma porosidade na membrana, através de microperfurações ou de cardagem, torna-as boas soluções de absorção acústica, por si só, ou quando combinadas com outros materiais isolantes (p.e. mantas de lã de rocha). Garantir conforto acústico nos espaços encerrados por soluções construtivas que integram membranas não é fácil, uma vez que as tecnologias comumente utilizadas nas soluções convencionais não funcionam para as leves (Dlhy & Minarovicova, 2014). Provavelmente, as aplicações mais interessantes nesse domínio residem em componentes acústicos, como p.e.: estruturas do tipo membrana multicamada, membranas micro perfuradas e membrana absorventes com dupla face. Simões (2000) fornece importantes diretrizes para o desenho de soluções em membrana, com o objetivo de alcançar conforto acústico em espaços envoltos por estas soluções:  as membranas arquitetónicas são muito transparentes a baixas frequências devido à sua reduzida massa e são muito refletivas em médias e altas frequências; podem causar tempos de reverberação excessivos a partir de 1000Hz; por isso, no desenho de tais espaços, o volume interior deve ser controlado, porque o volume está diretamente relacionado com o tempo de reverberação (de acordo com a fórmula de Sabine);  em grandes espaços, devido à dimensão das superfícies em membrana, sobretudo no plano horizontal, é possível alcançar uma significativa absorção sonora utilizando um solução com dupla membrana, sendo a interna porosa e permeável;  a leveza das membranas produz um baixo isolamento acústico, o que contribui para reduzir os índices de inteligibilidade da fala; o principal modo de combater esse aspecto negativo é a prevenção; tomando decisões apropriadas de planeamento urbano, é possível regular a localização de fontes de ruído perturbadoras, como o tráfego de veículos; também deve ser possível utilizar este tipo de soluções (coberturas ou fachadas em membrana) em edifícios localizados em sitios onde estes não causem perturbações a vizinhos/edifícios adjacentes (p.e. com atividades musicais); o uso de barreiras acústicas, feitas com vegetação ou materiais adequados (existem muitas patentes no mercado), também pode ajudar a mitigar significativamente os efeitos do ruído. Além disso, a transmissão sonora através das superficies em membrana pode ser reduzida em algumas frequencias, tornando-as heterogéneas: p.e. segundo Novak (2004) adicionando pequenos pesos à membrana, resultando nas chamadas membranas com pesos adicionais (Membranes with Aditional weights – MAW ). A maioria dos projetos de reabilitação em tetos e paramentos interiores consideraram a estratégia de complementaridade para alcance de melhorias no conforto acústico do espaço existente, p.e. projetos refª T.02, T.04, T.06. e T.12. Uma das vantagens da membrana microperfurada consiste na possibilidade de ajustar o nível de absorção acústica de forma precisa, variando a percentagem de microperfurações por superfície de membrana para cada espaço. Variando a distância entre a membrana e a superfície do teto/parede existente, também se consegue alcançar um desempenho acústico ótimo. As membranas podem ser tensionadas abaixo do teto, ou sobre uma parede existente, por ajuste, ou através da técnica de tensionamento por calor. Esta técnica consiste em tensar uma membrana de PES revestida a poliuretano, ou uma membrana de PVC especial (que alonga através da indução de calor sobre a membrana, na fase de instalação), de grande largura (superior a 5m) entre perfis especificamente concebidos para este efeito. Dependendo da cor e do acabamento da membrana, também se pode alcançar uma boa distribuição de luz. Além disso, as membranas também podem ser funcionalizadas para emitir luz ou calor. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 82 No projeto de intervenção do Museu Schlüterhof (Nocke & Hilge, 2004) aplicou-se um teto suspenso em membrana dupla de PVC translúcida e microperfurada (Figura 4.40(a)), espaçadas 15cm entre si com molas e conectadas à envolvente existente através de cabos e hastes metálicos. Adotou-se esta solução para incrementar o desempenho acústico do átrio existente (41x41m), encerrado com uma cobertura e paredes de alvenaria de pedra, ou seja, para diminuir o tempo de reverberação, elevado devido à reduzida absorção sonora dos materiais existentes. Além disso, a translucidez da membrana permitiu que a estética do espaço permanecesse inalterada. As membranas tridimensionais, como malhas 3D, cortinas, tapetes etc. também podem ser utilizadas para absorver sons. No projeto de intervenção com refª PI.01 (Anexo 4) (Figura 4.40(b)), onde as zonas de passagem (fonte de ruído) se encontram no mesmo compartimento dos escritórios, aplicou-se um tapete (membrana 3D “tuffting”) no pavimento para anular os ruídos de impacto e cortinas para absorver sons aéreos, ao mesmo tempo que protegem o espaço da luz solar indesejada e criam um ambiente de concentração aos utilizadores. Devido à flexibilidade, as membranas podem ser aplicadas de modo a formar uma superfície tridimensional que contribua para a absorção de ruído, como exemplifica o projeto de intervenção na fachada do edifício da Figura 4.40(c), adjacente a uma linha férrea ativa (fonte de ruído). Para superar este problema, aplicou-se uma solução multicamada sobre a fachada existente, composta por manta de material de isolamento térmico e acústico maleável, revestida com membrana poliolefina (à prova d'água) e perfurada com conectores estanques, para criar o efeito tridimensional de capitonê. A milenar abadia beneditina de Pannonhalma (Hungria) refª T.01, património UNESCO, é um dos monumentos mais antigos da Hungria e foi transformada num colégio. Desde 2005, alberga o festival Pannonhalma Arcus Temporum e, para que isso aconteça, foi necessário transformar e adaptar o ginásio deste edifício para um uso diferente, com um orçamento reduzido. Para isso, foi construída uma instalação suspensa no teto (projetada por Dániel Baló et al .), constituída por várias camadas de membrana translúcida de polipropileno, distanciadas e dispostas paralelamente entre si (Figura 4.40(d)). Cada camada apresenta uma seção desenhada especificamente para controlar a absorção e propagação do som, resultando, no conjunto, numa ondulação tridimensional, se alcançou uma melhoria acústica do ginásio – amortecendo e dispersando o os sons mais agudos através do espaço (Yatzer, 2016). Além disso, a translucidez da membrana criou um ambiente interior mais adequado para atuações de música clássica, desvanecendo a aparência característica do ginásio. (a) (b) (c) (d) Figura 4.40. (a) Museu Schlüterhof (antes e depois) (Nocke & Hilge, 2004); (b) escritórios do Ministério da Cultura Dinamarquês, projetado por Louise Campbell & Marianne Britt Jorgensen. (foto da autora); (c) fachada em membrana “capitonê” num edifício localizado em Basileia, Suíça; (d) vista transversal do ginásio reabilitado com teto em membrana - Benedictine Abbey, Pannonhalma, Hungria. 4.5.2. Aspetos lumínicos No que diz respeito aos aspetos luminicos, é evidente, através de vários estudos realizados (Campbell, 1995), uma notável capacidade das membranas em assegurar os níveis de conforto visual necessários para diferentes usos, atuando como elementos difusores luminicos (no interior, sobretudo quando aplicadas em elementos horizontais, como tetos) ou como sombreadores (interior/exterior). As membranas arquitetónicas oferecem uma proteção solar altamente eficiente, uma vez que são capazes de reduzir a radiação solar, ao mesmo tempo que deixam passar a luminância necessária para cada espaço interior. Nos projetos de intervenção em análise, verifica-se que os arquitetos tiram partido desta vantagem. Em alguns casos, esta foi a principal motivação para integrar as membranas nas intervenções de reabilitação. Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 83 No projeto de intervenção na sala de espetáculos da Casa da Música , no Porto, a equipa de consultores Inside Outside projetou uma solução para melhorar o desempenho lumínico desta sala, que possui duas paredes de vidro. Para controlar a intensidade da luz dentro da sala foram instaladas três camadas de cortinas pelo interior de cada parede envidraçada. Deste modo, a sala passou a ter quatro opções diferentes de iluminação, diminuindo assim o consumo de energia elétrica associado à iluminação artificial. 4.5.3. Reabilitar com membranas através de estratégias de regulação funcional passiva Cada vez mais as soluções construtivas com membranas arquitetónicas, como os sistemas pneumáticos com membrana de ETFE, são implantadas na reabilitação de edifícios históricos, devido aos benefícios estruturais e à contribuição para a regulação funcional passiva (térmica, lumínica, acústica, etc.). Nos parágrafos seguintes apresentam-se projetos de intervenção que constituem exemplos de como os edifícios podem ser atualizados adotando estratégias sustentáveis. As estratégias de sombreamento num edifício organizam-se em dois grupos: passivas ou ativas. As primeiras baseiam-se no uso de padrões impressos sobre membranas transparentes, ou na combinação entre superfícies opacas e transparentes (definidas como máscaras solares e projetadas de acordo com a incidência solar do local do edifício). Os sistemas ativos baseiam-se em padrões positivos e negativos entre diferentes camadas de membrana, cuja separação varia em função do ajuste entre a pressão do ar e os níveis de radiação necessários em cada momento. Relativamente a estratégias de regulação térmica com uso de energias solares, o desenvolvimento de membranas com tecnologias de filmes fotovoltaicos finos (TFPV) abriu uma importante linha de investigação. Devido à crescente procura por membranas com melhor desempenho térmico, desenvolveram-se revestimentos para membranas com baixa emissividade. Estes revestimentos baseiam-se essencialmente na mesma tecnologia utilizada para criar isolamento no vidro: constituem uma camada ultrafina de óxido de estanho ou prata. O resultado é uma redução considerável das perdas de calor através da membrana, contribuindo para aumentar a eficiência energética do edifício. Até à data, tornou-se possível combinar o revestimento de baixa emissividade com qualquer cor, aumentando as possibilidades de integração destes materiais em soluções construtivas. Assim, se uma fachada ou cobertura em membrana for projetada corretamente, estas podem ter uma grande influência na redução das necessidades de aquecimento e arrefecimento (Figura 4.41). A estratégia (A) (Figura 4.41(A)) mostra o princípio climático aplicado no projeto refª F.04 – edifício Westraven em Utrecht (Anexo4). A segunda fachada exterior em membrana, com malha aberta, reduz a entrada de radiação solar no interior dos escritórios e do vento, gerando micro remoinhos de ar entre a fachada em membrana e a fachada existente. Deste modo, a ventilação pode ser criada através da abertura de uma janela, sem causar distúrbios através de correntes de ar indesejadas. Quando se utiliza a membrana pelo interior deve considerar-se a sua cor para que não seja absorvida radiação solar indesejada. Na estratégia (B) (Figura 4.41(B)), a ventilação é promovida pela geometria da cobertura, e na estratégia (C) (Figura 4.41(C)), a membrana funciona como uma fachada cortina. Quando a cortina está fechada o interior mantém-se temperado e, devido à translucidez da membrana, é absorvida alguma radiação solar. Por último, na estratégia (D) (Figura 4.41(D)) é colocada uma membrana operável e translúcida abaixo de uma cobertura de vidro existente, permitindo a redução da radiação solar indesejada e regular o nível de luminosidade necessário para o espaço existente. Figura 4.41. Estratégias com membranas para evitar o sobreaquecimento do espaço interior intervencionado. -ºC -ºC +ºC +ºC +ºC AC B D Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 84 Cada vez mais as membranas substituem o vidro para executar coberturas de pátios. Os pontos fortes das membranas são a leveza, a reduzida manutenção e a capacidade de execução de grandes superfícies contínuas (com menos elementos de suporte). Por estes motivos e pelo modo como os seus componentes se ligam ao edifício existente, a reversibilidade destas soluções é facilitada sem causar danos. No projeto refª C.17 (Anexo 4) - Camara de Saxony Anhalt - utilizou-se uma membrana dupla de ETFE para cobrir o pátio de um edifício antigo. Neste caso, a estrutura da cobertura é composta por uma série de treliças paralelas. Entre os arcos superiores das treliças colocaram-se almofadas pneumáticas unidas através de cintas Bekaert-Belt®. Entre os arcos inferiores das treliças introduziu-se uma membrana simples anticlástica e tensada mecanicamente com as cintas. Desta forma, produziram-se cinco volumes selados e paralelos. A vantagem de utilizar cintas em vez de cabos reside no facto de estas criarem uma superfície plana que não se desloca sobre a superfície da membrana, ao contrário dos cabos. Deste modo, torna-se possível criar grandes vãos sem o uso de perfis de apoio intermédios. No caso do projeto C.03 (Anexo 4) – Palácio de Irgatza , classificado como património – foi feita uma cobertura em membrana ETFE para o pátio existente. Com esta intervenção conseguiu-se proteger o edifício dos efeitos das variações climáticas, principalmente da ação das chuvas (muito frequentes neste local) e melhorar o desempenho higrotérmico deste edifício que possui muitos componentes em madeira. No projeto de intervenção Kapuzinercarrée (Ficha refª C.10. Anexo 4), um pátio subutilizado de 500 m2 foi transformado num átrio confortável de modo a melhorar o seu comportamento térmico. A dificuldade deste projeto reside no facto da fachada que limita o pátio, classificada como património, não poder ser modificada. Numa primeira abordagem, os arquitetos KKK Ingenieure GmbH, projetaram uma cobertura em vidro, com panos de 2,0m x 1.5m. Contudo, como as paredes do edifício não suportavam o peso dos elementos de vidro, dos caixilhos em alumínio e da estrutura de suporte em aço, tinham de ser adicionadas várias colunas metálicas para distribuir as cargas e reduzir a pressão sobre as fachadas, em particular as cargas horizontais. Como se trata de um edifício histórico, as colunas metálicas propostas não são permitidas. Por isso, a alternativa proposta para cobertura consistiu num sistema pneumático, com membrana de ETFE, composto de 10 almofadas suportadas por uma leve rede de vigas e cabos de aço. Devido à leveza deste sistema, a distribuição de cargas não ameaçou a fachada histórica. O edifício Her Majesty’s Treasury em Londres (Figura 4.42(a)), construído em 1917, classificado como património nacional, apresenta uma enorme subcompartimentação de escritórios que não cumpre com os requisitos contemporâneos para este tipo de espaços de trabalho. Por este motivo, em 2002, foram removidas paredes para criar um amplo espaço e os desvãos, subutilizados, foram transformados para promover a ventilação natural dos novos espaços. Estes desvãos, com cinco pisos de altura e cobertos com uma membrana pneumática tripla de ETFE, abrigam novos usos. Como consequência destas mudanças, a eficiência energética do edifício aumentou significativamente. O encerramento dos desvãos, para além de adicionar área útil, foi essencial para a estratégia de regulação funcional passiva. Devido à redução da área de parede em contacto com o exterior, as necessidades energéticas diminuíram. Os desvãos encerrados também funcionam como chaminés térmicas; através da abertura de janelas, o ar exterior entra e o ar residual escapa para os desvãos, onde sobe e é libertado por aberturas convencionais perimetrais no nível superior, com grelhas e almofadas operáveis. Este movimento do ar é promovido pela cobertura pneumática que cria um gradiente de pressão para extrair o ar através do desvão, proporcionando ventilação extra. O mesmo sucede com a cobertura do pátio do edifício Kapuzinercarée (Figura 4.42(b) e com a cobertura (pneumáticas com membrana de ETFE) do Hospital de Chelsea e Westminster (projetado há cerca de 20 anos). Este tipo de coberturas ajuda a aquecer e arrefecer o edifício através da luz solar e de aberturas de ventilação para promover a ventilação natural por estratificação do ar. Esta estratégia passiva minimiza o consumo energético. Ao contrário dos revestimentos convencionais, a membrana de ETFE, devido ao facto de ser flexível e suportar grandes deflexões, pode ser projetada com grandes aberturas, o que não seria viável utilizando tecnologias convencionais. No projeto de intervenção do edifício National Gallery ( Figura 4.43(a)), foi adicionada uma cobertura pneumática em membrana de ETFE que constitui uma segunda pele leve, transparente e estanque, altamente isolada, sobre as claraboias originais do museu. No edifício da sede da empresa Jean-Paul Gaultier (Figura 4.43(b)) foi utilizada Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 85 uma estrutura pneumática em membrana de ETFE para substituir as claraboias de vidro, criando a ilusão de um oculo totalmente aberto para o céu. (a) (b) Figura 4.42. (a) Cobertura dos desvãos do edifício “Her Majesty’s Treasury”, Londres, 2002. (b) Kapuzinercarrée, Aachen,2002. O uso da cobertura pneumática em membrana de ETFE em vez de vidro permitiu a redução de cargas impostas a este edifício histórico e melhorou o seu desempenho energético. (a) . (b) Figura 4.43. (a) National Gallery, Londres, 2003. (b) Sede da empresa Jean-Paul Gaultier, Paris, 2004. 4.5.4. Segurança/proteção: contributos para mitigar o risco para os ocupantes A opinião pública considera que as construções leves com membranas arquitetónicas são inseguras. Esta é uma opinião corrente que advém da falta de conhecimento sobre o seu comportamento estrutural. As estruturas tensionadas são tão seguras como as tradicionais e, por vezes, ainda mais, pois em caso de colapso, por exemplo, sendo constituídas por materiais e ligações dúcteis, apresentam deformações prévias que alertam para o potencial de risco (Kawaguchi, 2015). No entanto, os sistemas tensionados apresentam uma rigidez muito inferior à dos sistemas tradicionais. As membranas, ou outros materiais presentes neste tipo de construções, são considerados pontos fracos. Segundo Knippers et al. (2011), isto só se verifica nos casos em que a membrana colabora na estabilidade de todo o sistema construtivo; nestes casos, se qualquer elemento colapsa (não só a membrana, mas também cabos, etc.) a estabilidade de todo o sistema é posta em causa. No entanto, as membranas correntemente utilizadas são mais resistentes do que as estruturas de suporte (p.e. mastros, cabos, etc .), pelo que surgem poucos problemas associados à resistência destes materiais. Relativamente à sua origem, o colapso de uma estrutura pode classificar-se em duas macro áreas: colapso devido a fatores naturais (p.e. vento, neve, sismos, etc .) ou fatores humanos (p.e. erros de dimensionamento, vandalismo, etc .) No primeiro caso, toda a estrutura colabora para resistir às forças externas; uma boa conceção formal, detalhes construtivos e instalação podem, por exemplo, criar estruturas tensionadas capazes de suportar ventos fortes. Atualmente, com o conhecimento tecnológico e os materiais disponíveis é possível reduzir o risco de colapso (Forster & Mollaert, 2009). No que diz respeito aos fatores humanos, os erros de projeto acontecem, mas são raros. Resultam de acontecimentos excecionais, de uma má avaliação das condições de uso/carga da estrutura, ou má avaliação, por exemplo, das condições do substrato base para as fundações. Quanto ao vandalismo ou ataques, estes são certamente um problema que tem de ser resolvido na fase de conceção. As membranas e os cabos são considerados pontos fracos devido à sua reduzida espessura. Contudo, as membranas podem ser puncionadas, ou cortadas após um forte contacto com elementos afiados, sendo extremamente raro que isto aconteça acidentalmente. No pior dos cenários, um pequeno corte (10-20cm) numa membrana não significa o colapso da estrutura; no caso das estruturas pneumáticas, o sistema é usualmente concebido para compensar a perda de Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 86 ar através de uma bomba de ar. Além disso, as membranas tensionadas são projetadas para evitar a propagação do rasgo. No caso de cabos, estes são, na maioria das vezes, feitos de aço e são necessários alicates especiais para cortá-los. No entanto, a possibilidade de ocorrer um ato de vandalismo deve ser considerada; apesar de difícil e às vezes impossível, deve evitar-se o contato direto das pessoas com os pontos mais fracos da estrutura. Kawaguchi (2015) aponta que, devido à reduzida massa das construções em membrana, estas dificilmente são afetadas por cargas resultantes de eventos sísmicos. Por outro lado, da observação e registos feitos por Kawaguchi, conclui-se que o vento, ou neve forte, atingem severamente os grandes vãos das construções em membrana; algumas construções em membrana ficaram danificadas durante os fortes tufões de 1999 e 2004, e em 2005 e 2014 devido à sobrecarga de neve, à semelhança do que sucedeu com outro tipo de construções. Contudo, nestes casos há que avaliar se se tratou de um evento extraordinário previsto, ou não no dimensionamento. As observações de Kawaguchi (2015) também indicam que, em algumas coberturas, a falha antecipada das membranas (comparativamente aos materiais convencionais) pode ter contribuído para a proteção de elementos estruturais de danos mais graves. Como se observa na Figura 4.44(b), com uma solução de cobertura convencional, o colapso foi total e provocou danos mais severos comparativamente à cobertura com membrana (onde a estrutura da cobertura foi preservada). O papel da membrana enquanto "limitador de força" deve ser reconhecido e pode ser considerado como um elemento positivo na conceção de um edifício (Kawaguchi, 2015). Esta pode ser uma das potencialidades das membranas para reabilitação funcional de coberturas, por exemplo, na medida em que pode contribuir para a durabilidade das construções. Para evitar estes problemas nas estruturas com membranas, segundo Monjo-Carrió (2016), devem considerar-se as seguintes medidas preventivas: (1) considerar na fase de projeto todas as sobrecargas possíveis devido a ações externas de acordo com os Eurocódigos e os dados climáticos do local; (2) utilizar uma membrana com a necessária resistência mecânica, de acordo com o projeto de estabilidade (implicando que os fatores de segurança cubram possíveis erros de produção, transformação e instalação da membrana – usualmente entre 2 e 4); (3) utilizar membranas reforçadas em pontos específicos, onde estão sujeitas a esforços mais elevados, como em esquinas, pontos de ancoragem, perímetros, etc .; (4) providenciar dupla curvatura (superfície anticlastica) com pendente e tensão suficiente para assegurar a drenagem de águas; (5) providenciar um sistema de drenagem suplementar para evitar a acumulação de água na superfície em membrana. Quando integradas em elementos arquitetónicos, as membranas podem resolver problemas de segurança, mitigando, sobretudo, o risco para os ocupantes dos edifícios, tanto durante (como meios auxiliares de proteção, Figura 4.44(c)) como após a intervenção. (a) (b) Barreiras acústicas e de proteção humana (dimensões de 6.60m x 3.00m e 4.20m x 3.00m (Sattler, 2019) Pavimento temporário (Total Solutions, 2019). Figura 4.44. Colapso de cobertura devido a queda de neve intensa em 2014 (Fujimi, Japão): (a) Cobertura leve convencional com revestimento metálico e (b) cobertura alternativa com membrana (Kumagaya Sports Park) (Kawaguchi, 2017). (c) Meios auxiliares de proteção.  Salubridade As tecnologias de construção com membranas também podem ser aplicadas em intervenções com requisitos de segurança sanitária, como elemento de contenção, para oferecer proteção contra os efeitos de materiais perigosos, como o amianto. O projeto de reabilitação da Igreja de St. Ignatus-Loyola (refªT13, Anexo 4) constitui um exemplo de intervenção para eliminar os efeitos negativos da cobertura existente em amianto. Conforme ilustra a Figura 4.45 aplicou-se um teto falso em membrana para conter as partículas libertadas pela cobertura Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 87 existente em amianto. A par disso, a aplicação da membrana também permitiu uma renovação estética e melhorias no conforto luminico do espaço interior. Figura 4.45. Vistas interiores da Igreja de St.Ignatus-Loyola (refªT.13, Anexo 4) antes e depois a intervenção (Barrisol, 2018).  Fogo A maioria das membranas é composta por materiais poliméricos (feitos a partir de polímeros orgânicos ou petróleo) e por isso é combustível. Contudo, mesmo com a adição de retardantes, até agora não se conseguiram alcançar membranas incombustíveis e sem emissão de fumos; a adição desses retardantes, por vezes aumenta a toxicidade dos fumos libertados durante a combustão. Por este motivo, neste momento é impossível usar membranas poliméricas em construções onde a resistência ao fogo seja um requisito prioritário. É necessário realizar mais estudos para o desenvolvimento de medidas ativas e passivas de proteção contra incêndios para membranas de base polimérica. Já foram realizados ensaios para incorporar resinas à base de fibras cerâmicas (incombustíveis) em materiais compósitos, mas ainda não se conhecem os resultados. Quando a membrana de ETFE foi sugerida pela primeira vez para uso arquitetónico, as autoridades reguladoras do setor da construção foram naturalmente cautelosas e permitiram que esta fosse usada, mas com restrições. As restrições estavam relacionadas com o comportamento de outros materiais poliméricos, conhecidos por serem combustíveis, por emitirem gases tóxicos, ou gotejarem quando atingiam o ponto de fusão em cenários de incêndio, representando riscos significativos para a segurança dos ocupantes. Desde que foi aprovado, inicialmente pelas autoridades de construção alemãs, em 1984, e depois no Reino Unido, em 1985, o ETFE ganhou ampla aceitação em muitos domínios regulamentares. Desde então, aprovam-se projetos com a condição de que a membrana ETFE não seja meramente consentida, mas sim indispensável/necessária para a constituição da envolvente de determinados edifícios. O fator chave desta mudança reside no desempenho para a proteção da vida dos ocupantes, resultante da combinação entre características funcionais e estruturais dos sistemas construtivos que incorporam membranas de ETFE. Um dos atributos mais importantes do ETFE, comparativamente a outros materiais de construção poliméricos, é o seu desempenho ao fogo que, juntamente com o seu peso reduzido, o levou a aplicações em domínios como o da indústria aeroespacial, onde a NASA e fabricantes como a Airbus o utilizam como isolante elétrico. Embora combustível, o ETFE é inerentemente pobre em inflamabilidade, devido à presença de flúor na sua estrutura química, e de baixo índice de oxigénio, o que o torna auto extinguível. Em contraste com materiais como o PVC, que liberta dioxinas quando queimado, o ETFE apenas produz gases tóxicos quando queimado em temperaturas superiores a 800oC. Contudo, dadas as quantidades de ETFE tipicamente presentes e comparativamente ao monóxido de carbono altamente tóxico gerado pelo próprio fogo, este efeito é insignificante. Acima de 200oC a membrana de ETFE amolece e, como está sob tensão, falha. Nos sistemas pneumáticos utilizados para a construção de invólucros, dado que a membrana de ETFE é pré-esforçada por insuflação, ela encolhe e surgem aberturas que expelem a nuvem de gases quentes para a atmosfera. Por outro lado, quando incorporados, os dispositivos de auto-ventilação também evitam a acumulação de calor que pode causar explosão ou colapso do edifício; a auto-ventilação transforma instantaneamente um espaço interior num espaço ao ar livre, permitindo que os átrios sejam classificados como espaços externos. A membrana de ETFE foi submetida com sucesso a testes ao fogo por autoridades de todo o mundo, incluindo a União Europeia, os Estados Unidos, a Rússia e a China. Por apresentar um volume interior maior do que o máximo permitido pelos códigos de construção chineses, o projeto de proteção contra incêndios do Centro Aquático Nacional de Pequim apresentou desafios consideráveis. Longe de estarem predispostos a apoiar o uso de ETFE, apesar do fato de este ser pouco combustível, as autoridades chinesas proibiram-no inicialmente. No entanto, essa objeção foi superada pela demonstração de como as propriedades de auto-ventilação da membrana ETFE reduzem o risco de perigo de vida dos ocupantes. Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 88 Para oferecerem proteção em condições de fumo e fogo, nas quais as temperaturas não chegam a 200 graus Celsius, as soluções pneumáticas de ETFE podem incorporar aberturas de ventilação convencionais. Estas aberturas em elementos pneumáticos de ETFE são mais eficientes do que as aberturas com materiais convencionais devido às dimensões que podem atingir (Figura 4.46(a)). A maior abertura de ventilação com membrana de ETFE pneumática, construída até ao momento, compreende uma almofada única com 25 metros de comprimento e 3 metros de largura, um tamanho viável pelo facto da deflexão não ser crítica para a montagem de elementos pneumáticos de ETFE (Lecuyer, 2008). No mercado também existem difusores de fumos que apresentam um fio de resistência térmica com 4 milímetros de diâmetro - uma tecnologia robusta, desenvolvida para manter os tubos de óleo no Ártico a temperatura constante - incorporada nos limites da almofada e ativada por sensores de incêndio, ligados ao sistema de alarme. Este sistema também é passível de ser aplicado em sistemas construtivos com membrana simples tensionada de ETFE (Figura 4.46(b)). Quando ativado, o fio aquece e, operando como uma lâmina, corta a membrana ETFE de modo a que o fumo se liberte para a atmosfera. Após 60 segundos de ativação, 50% da área é ventilada e após 90 segundos alcança-se 100%. Nesse momento, a membrana encontra-se cortada em todas as arestas exceto numa, onde se mantém ligada e pendurada. Este sistema é 100% eficiente, a área de abertura é comparada favoravelmente com outros sistemas: aproximadamente 50% melhor do que as persianas e 60% para as aberturas de ventilação convencionais. Além disso, o sistema de abertura com fio quente representa 10% do custo das aberturas convencionais, apesar de ser necessário substitui-lo após ser ativado. Recomenda-se, portanto, que os elementos construtivos em membrana de ETFE incorporem estratégias hibridas de libertação de gases que comecem pela abertura de pontos de ventilação seguidas pela ativação do fio quente, até que o fumo seja eliminado, evitando-se assim a necessidade de extração mecânica dos gases libertados pela presença de fogo no interior do edifício. O projeto da Escola Tanake Business, em Londres, incorpora os benefícios dos elementos construtivos com membrana de ETFE na proteção em caso de incêndio. Esta escola, um edifício com seis andares, encontra-se cercada por edifícios académicos dos anos 60 e possui uma cobertura em membrana de ETFE que une estes edifícios, criando um átrio. Neste átrio realizou-se a primeira aplicação da tecnologia de abertura automática com fio quente (Lecuyer, 2008). Deste modo, o átrio foi classificado como um espaço externo e todas as janelas existentes nas fachadas que confrontam o átrio continuaram a manter a sua função de ventilação natural (Figura 4.46(b)), evitando-se assim a incorporação de sistemas eletromecânicos dispendiosos para a proteção contra incêndio do edifício existente. (a) (b) (c) Figura 4.46. (a) Por serem leves e flexíveis, as aberturas de ventilação em membrana de ETFE podem ser muito maiores do que as aberturas convencionais; (b) ativação de sistema de corte da membrana de ETFE com um fio quente, em torno do perímetro da cobertura, para promover a ventilação do espaço subjacente (Lecuyer, 2008); (c) átrio do hotel DomAquarée (Voss, 2018).  Queda Ao contrário do vidro, a membrana de ETFE não quebra nem cai, o que constitui uma mais-valia em termos de proteção. O projeto de reabilitação DomAquarée , em Berlim, terminado em 2004, demonstra como este atributo foi explorado para resolver um problema de segurança invulgar. O conjunto de edifícios existentes apresentam ruas entre si que foram cobertas por coberturas pneumáticas em membrana de ETFE (formando galerias comerciais), e um dos átrios criados possui um aquário com cinco andares (Figura 4.46(c)). Todos os espaços foram originalmente projetados com coberturas de aço e vidro. No entanto, como o aquário constitui uma arrojada obra de engenharia, surgiu a preocupação com o risco de queda do vidro da cobertura, que punha em causa a integridade estrutural do aquário (Voss, 2018). A transparência, leveza, facilidade de instalação e adequação a formas geométricas irregulares da membrana de ETFE resolveram essa preocupação. Cada cobertura apresenta diferentes especificações. A cobertura do átrio dos escritórios apresenta membrana tripla de ETFE transparente, concebida principalmente para alcançar um elevado isolamento térmico, e a cobertura do Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 89 espaço comercial apresenta membrana dupla de ETFE transparente, simplesmente para servir de proteção climática. O nível de desempenho mais elevado é alcançado com uma membrana pneumática quádrupla de ETFE impressa para a cobertura do átrio do hotel que compreende uma envolvente dinâmica, fornecendo níveis variáveis de isolamento térmico e de sombreamento, tanto para o aquário, quanto para os quartos do hotel voltados para o átrio. O padrão impresso é constituído por pontos finos e irregularmente dispersos; foi concebido para parecer o mais invisível possível. No verão, quando as membranas impressas são fechadas e sobrepostas, a transmissão de luz é de 35%; no inverno, as membranas são separadas através da insuflação de ar para aumentar o isolamento térmico e aumentar a transmissão de luz para aproximadamente 50%. Para além disso, a estrutura e as almofadas de ETFE foram projetadas para que o anel central da cobertura possa ser removido, de modo a permitir acesso à manutenção do aquário. Segundo Lecuyer (2008) estas coberturas de ETFE com estrutura metálica custaram metade do orçamento da proposta inicial em vidro com estrutura metálica, apresentando ganhos na fase de construção e nas restantes fases do ciclo de vida, resultantes do facto deste tipo de cobertura ser mais leve, menos rígida e dispensar a aplicação de dispendiosos pórticos e conectores indispensáveis para a manutenção das coberturas de vidro. O modo de queda “benigno” da membrana ETFE abre caminho a mais aplicações. As quedas de vidro temperado, amplamente divulgadas, causadas pela inclusão de sulfeto de níquel, continuam a levantar preocupações sobre as instalações suspensas de vidro (Karlsson, 2017) e têm motivado muitos donos de obra a considerar opções mais seguras. No Reino Unido, devido a esse problema, vários instaladores apenas aplicam painéis de vidro suspensos com redes de malha de aço inoxidável, para reduzir o risco de ferimentos em caso de queda. A membrana de ETFE foi utilizada para dar resposta a este problema no centro comercial Mall em Atenas, uma zona comercial ao ar livre construída para as Olimpíadas de 2006 que foi posteriormente coberta com uma envolvente pneumática de ETFE. Não obstante os seus atributos estruturais e o modo de falha benigno, a membrana de ETFE é extremamente robusta. Durante a construção da Estação Southern Cross, em Melbourne, os sindicatos ameaçaram interromper o trabalho devido a preocupações com a queda de trabalhadores, durante a instalação de claraboias em membrana de ETFE. Essa preocupação desapareceu após realizar-se um ensaio experimental, atirando para a claraboia pneumática um saco de areia com 50 kg, de uma altura superior a 5 metros. Como resultado, a membrana de ETFE não se rompeu e foi-lhe atribuída a classificação de não-frágil. A implicação mais ampla desse resultado é que o acesso externo para instalação e manutenção de coberturas em membrana de ETFE não exige instalações de segurança dispendiosas, tornando-as económicas.  Sismos, tempestades e explosões A capacidade de as membranas receberem cargas instantâneas extremamente elevadas, combinada com a sua elevada tolerância à deflexão, tornam-as adequadas para aplicações em locais sujeitos a terremotos, condições climáticas severas, ou com risco de explosão. Em testes de simulação do desempenho perante furacões, por exemplo, as almofadas com membrana pneumática tripla de ETFE tiveram um bom desempenho; embora as duas membranas externas tenham sido rompidas, a interna permaneceu intacta (Lecuyer, 2008). Por outro lado, testes de explosão de uma bomba demonstraram que a membrana consegue absorver cargas instantâneas muito elevadas. A demonstração deste atributo abriu novas aplicações da membrana de ETFE, nomeadamente para edifícios institucionais e infraestruturas de transportes que são cada vez mais são alvo de ataques bombistas. Este facto foi tido em conta no projeto HM Treasury, em Londres, e na recuperação do edifício da Embaixada Britânica em Istambul, onde a antiga cobertura de vidro do átrio, destruída por uma bomba em 2004, foi agora substituída por uma cobertura em membrana pneumática de ETFE. Da mesma forma, a cobertura do novo Terminal 5 do Aeroporto de Heathrow foi concebida em membrana de ETFE, num período em que os riscos de segurança aumentaram significativamente, em resposta a uma exigência que determinava que os materiais empregues na construção do terminal não produzissem fragmentos afiados no caso de uma explosão. As estruturas em membranas são particularmente estáveis segundo ações horizontais, como as que ocorrem em eventos sísmicos (Mollaert, 2004). O risco torna-se menor quando a configuração da estrutura tensionada apresenta elementos de suporte rígidos, como mastros ou pilares, que não colapsem, pois em última instância é preferível que seja a membrana a rasgar. A flexibilidade das estruturas com membranas permite que estas se Avaliação das potencialidades de utilização de membranas arquitetónicas como alternativa eficiente na reabilitação funcional de edifícios 90 adaptem para dar resposta de forma eficiente a diferentes ações de carga; a membrana e os restantes componentes da estrutura têm de funcionar em conjunto, como se exemplifica concetualmente na Figura 4.47. Conforme referido no capitulo anterior, na secção 3.5.2., o papel da membrana enquanto "limitador de força" deve ser reconhecido e pode ser considerado como um elemento positivo na fase do projeto de reabilitação. Em regiões sísmicas, onde o colapso de tetos suspensos é frequentemente reportado, podem ocorrer problemas de segurança para os ocupantes associados à projeção de materiais pesados. Por isso, as membranas são cada vez mais aplicadas em tetos suspensos para substituir materiais convencionais (pesados), evitando-se a projeção de materiais perante a ocorrência de eventos de risco sísmico Kawaguchi (2015). Figura 4.47. Edificio da empresa têxtil Komatsu Seiren no Japão, envolvido por centenas de cabos de fibra de carbono – Cabkoma – que no conjunto funcionam como um tecido, uma membrana, atuando como elemento de reforço sísmico (conceção arq. de Kengo Kuma) (Komatsu Matere, 2018).  Reforço e monitorização No Manual de Gestão do Património Cultural Mundial refere-se que “ sem o respeito e o cuidado diário das comunidades locais, que são os verdadeiros guardiões do Património Mundial, nenhuma quantia de fundos ou exército de especialistas será suficiente para proteger os locais” (UNESCO, ICCROM, ICOMOS, & IUCN, 2013). Adicionalmente à manutenção regular, o cuidado diário corresponde, sobretudo, à monitorização continua da eficácia dos instrumentos e procedimentos de preservação. Neste sentido, as estruturas em membrana oferecem uma opção para integrar, ou proteger os equipamentos de monitorização. Três exemplos de aplicações de membranas para monitorização de elementos estruturais, constituem o resultado do projeto europeu Multitexco (Heyse et al., 2015). O objetivo deste projeto é promover a competitividade das médias e pequenas empresas europeias do setor têxtil e da construção civil, com soluções para os seguintes sub-setores: (1) têxteis técnicos para reforço sísmico de paredes de alvenaria; (2) estruturas têxteis multifuncionais para aplicações geotécnicas e (3) têxteis de elevado desempenho para estruturas tensadas. O projeto MULTITEXCO já está antecipando novas normas, aumentando a consciencialização do setor têxtil e da construção para os benefícios dos têxteis técnicos, agregando novos produtos e guias de aplicação numa base de dados que estará disponível na página de internet do projeto (www.multitexco.eu). Adicionalmente, para cada campo de aplicação alvo, desenvolveram-se membranas com sensores integrados. Estas membranas-sensores não fornecem apenas estabilidade estrutural, mas também informações internas sobre a integridade e validação do projeto de dimensionamento estrutural. Além disso, a membrana-sensor também pode ser utilizada como um sistema de alerta. No estudo de Heyse et al. (2015) apresenta-se em detalhe cada uma das três áreas de aplicação destes sensores em membranas: (1) vias e aterros, (2) reabilitação de paredes de alvenaria e (3) estruturas tensadas. Heyse et al. (2015) ilustra essas aplicações com os seguintes exemplos13: (a) geotexteis com sensores integrados para alerta de deslizamento de terra iminente em vias e aterros; (b) rede de reforço com sensor de propagação de fissuras, na reabilitação de paredes14 exteriores ou interiores, suscetíveis a deformações para fora do plano (o sensor desenvolvido é impresso no tecido Eq-Top ®); (c) nova geração de membranas com sensores incorporados para estruturas tensionadas. 4.5.5. Mudança de paradigma na procura da flexibilização do espaço A constante evolução e mutação dos estilos de vida e dos agregados familiares têm levado a um reequacionar dos modos de habitar e à crescente necessidade de propor habitações mais evolutivas e adaptáveis (Coelho et al. , 2003; Roos, 2011). Verifica-se, no entanto, que em Portugal, a maior parte dos alojamentos existentes não cumpre satisfatoriamente esse desígnio, apresentando, por exemplo, soluções de divisórias interiores pesadas e 13 Estes exemplos encontram-se apresentados em detalhe em Heyse et al.( 2015). 14 A reabilitação de paredes de alvenaria é particularmente importante para a proteção de edifícios sujeitos a ações sísmicas. As estruturas de alvenaria não reforçadas são altamente vulneráveis porque, sendo originalmente projetadas para cargas gravitacionais, muitas vezes não podem suportar as cargas horizontais dinâmicas em caso de fortes terremotos. Daí a necessidade de utilizar métodos eficientes para a reabilitação de edifícios de alvenaria existentes, com sistemas de monitorização integrados para evitar/alertar possíveis danos estruturais. Capitulo 4: reabilitação funcional com membranas 97 atualmente disponível sobre estruturas de membrana é a EN 13782:2005 “ Estruturas temporárias – segurança de tendas ” (Stranghöner et al., 2016). Esta área de aplicação restringe-se sobretudo aos requisitos de segurança para tendas que necessitam de ser incluídos na conceção, dimensionamento, fabrico, instalação, manutenção, utilização e em ensaios de mobilidade de tendas temporariamente instaladas com mais de 50 m2 de área de implantação. No entanto, segundo Beccarelli (2015) e Stranghöner et al. (2016), esta norma é a única referência para estruturas em membrana que apresenta: termos e definições fundamentais; requisitos gerais de conceção; análise e exame; princípios de análise numérica; ações; verificação de estabilidade e equilíbrio; ancoragens ao solo; outros componentes estruturais; critérios especiais de projeto, fabrico e instalação; ensaios, procedimentos para aprovação; manual de utilização; comportamento ao fogo e coeficientes aerodinâmicos para tendas redondas. Atualmente, existe um grupo de trabalho denominado WG 5 Membrane structures , criado para incorporar as estruturas em membrana na nova geração de eurocódigos (Stranghoner, N. & Uhlemann, 2016; Louro et al., 2016; Pyl et al., 2016). A metodologia utilizada para dimensionar estruturas tensionadas baseia-se nos seguintes Eurocódigos: (a) as estruturas com rede de cabos calculam-se com base nos princípios do estado limite último, de acordo com o Eurocódigo 0 e 1 (Pyl et al., 2016); (2) os elementos de suporte são calculados de acordo com a norma do Eurocódigo 3 para o aço; (3) o pré-esforço é considerado como uma ação única e permanente “G+P” para estruturas de aço com elementos tensionados (p.e. a rede de cabos de Paduart). Ainda não está estabelecido um Eurocódigo específico para estruturas de membrana pré-esforçada e por isso são projetadas e analisadas do mesmo modo que as estruturas com rede de cabos, usando as mesmas combinações de carga. As características, os requisitos e os métodos de ensaio para membranas têxteis revestidas destinadas a estruturas temporárias e tendas encontram-se sintetizados na Norma Europeia EN 15619:2008+A1:2010 “ Tecidos com revestimentos poliméricos - segurança de estruturas temporárias (tendas) - especificação para tecidos revestidos destinados a tendas e estruturas relacionadas ”. Esta norma introduz o conceito de diferentes níveis de desempenho para cada característica, o que permite a escolha do nível apropriado de cada característica: massa por unidade de área, comportamento mecânico de tração, resistência ao desgaste, aderência do revestimento, estabilidade dimensional, solidez à cor e intempéries, suscetibilidade para o desenvolvimento de microrganismos, aparência, alongamento sob carga após exposição ao calor, deformação residual após exposição ao calor e carga, penetração de água, ou reação ao fogo para obter um “perfil de produto” que satisfaça os requisitos de um tipo específico de uso. Uma abordagem similar é proposta pela Norma Japonesa “Métodos de ensaio para materiais em membrana (tecidos revestidos) — Qualidades e desempenhos” desenvolvida pela Associação de Estruturas em Membrana do Japão (MSAJ/M-03:2003) (Beccarelli, 2015). No entanto, devido ao campo de aplicação, o conteúdo não oferece uma descrição exaustiva à abordagem de conceção e aos aspetos teóricos relativos ao dimensionamento e conceção de uma estrutura permanente. Por isso, a Associação Europeia de Estruturas em Membranas (TensiNet) desenvolveu o Guia de Projeto TensiNet (Foster & Mollaert, 2004) que apresenta o estado do conhecimento mais completo e atualizado neste campo, realizado com o contributo de vários grupos de investigação, projetistas, produtores de materiais associados, desenvolvedores de ferramentas informáticas e fabricantes que operam na Europa. Este conjunto de contribuições representa o ponto de partida para o desenvolvimento do futuro Eurocodigo 10, pelo Comité Europeu de Normalização (CEN TC250 Working Group 5). Além disso, o desenvolvimento do novo Eurocódigo é atualmente suportado por um dos grupos de trabalho de um projeto sobre novas membranas estruturais. De acordo com Stranghöner et al. (2016), o futuro Eurocódigo lidará com critérios específicos para: conceção e cálculo (vãos pequenos/grandes, temporário/permanente, interior/exterior, transportável/transformável); métodos de análise; premissas de carga adequadas para superfícies duplamente curvas; propriedades do material (determinação e certificação); modelos de materiais avançados; fatores de segurança parciais, padrões de corte; análise de reforços, conexões e pormenorização; modelos integrados, fabrico, manutenção, exame e ensaio.  Eficiência estrutural: integração de elementos de flexão ativa em membranas A capacidade de mudança de forma é uma das propriedades das membranas arquitetónicas. Algumas membranas permitem a flexão e, consequentemente, podem ser enroladas ou dobradas. Esta propriedade [Document text truncated for crawler view.]