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

Abstract

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, comparando-as 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.

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 multi-criteria 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.