100 Proyectos de Arquitectura Sostenible - Faro-Rascacielos BERIMBAU - 2011 Consorcio JJ.OO. Rio de Janeiro 2016

Faro-Rascacielos BERIMBAU - 2011

Consorcio JJ.OO. Rio de Janeiro 2016

Río de Janeiro. Brasil

2.083’30 m2 - 7.500.000 euros

1. Objetivos más importantes

- Crear un símbolo arquitectónico de la ciudad de Río de Janeiro, inspirado en algunos de sus referentes culturales más preciados para el pueblo brasileño (el Carnaval, la Capoeira, el Berimbau, la playa, el mar, la luz). 

- Proyectar una Torre de Telecomunicaciones para los Juegos Olímpicos de Rio de Janeiro 2016, que a su vez sea un Faro multimedia, que sirva de referente visual a las playas de Río de Janeiro.

- Proyectar un edificio autosuficiente (agua, energía y alimentos) 

- Proyectar un edificio de alto nivel sostenible, industrializado y cuyas componentes puedan ser recuperables, reparables, reutilizables y reciclables.

- Proyectar un edificio con ciclo de vida infinito.

- Proyectar un edificio que pueda emocionar a todos los brasileños.

- Proyectar un edificio multimedia, que pueda cambiar de forma contínua su apariencia exterior, y que pueda transmitir información multimedia, de acuerdo a los condicionantes variables del entorno.

2. Solución Arquitectónica

La ciudad de Río de Janeiro va a sufrir en los próximos años un desarrollo económico y cultural muy importante debido al florecimiento de la economía de Brasil, y al hecho de tener que organizar dos grandes eventos de enorme repercusión para su economía: el mundial de fútbol del 2014 y los Juegos Olímpicos del 2016. Todo ello, sin duda, necesitará un nuevo proceso modélico de reciclaje y crecimiento de la ciudad.

Dentro de este proceso de reciclaje de la ciudad serán necesarios varios tipos de actuaciones, pero sin duda, las más importantes deben centrarse en la construcción de edificios simbólicos de funcionalidad diversa. Y sin duda es necesario un edificio en altura que represente la ciudad de Río de Janeiro, y a Brasil, y que albergue los sistemas de telecomunicaciones y otras actividades relacionadas con la coordinación y transmisión internacional de todos los eventos deportivos que deben gestionar. 

Un edificio simbólico que represente a toda una ciudad e incluso a toda una nación debe emocionar a todos los brasileños, por tanto, se debe investigar en las referencias culturales, formales, vernáculas y ancestrales de Brasil. Después de una minuciosa investigación se ha tomado como mejor opción la referencia cultural y mestiza del baile Capoeira y sobre todo su instrumento musical ancestral: el Berimbau.

Por tanto se ha proyectado un edificio simbólico y sostenible, inspirado en las formas del Berimbau, para albergar los sistemas de telecomunicaciones y oficinas para los Juegos Olímpicos de Río de Janeiro del 2016. El edificio además debe constituir un Faro, no tan solo para servir de referencia a las embarcaciones, sino también, un faro simbólico que represente a Brasil, y que sirva de referencia a su desarrollo sostenible. 

El entorno elegido para edificar el colosal símbolo de los Juegos Olímpicos de Río de Janeiro es en un islote cercano a la famosa playa adyacente al “Pan de azúcar”, referencia inevitable de Río de Janeiro. De este modo el edificio se ve desde cualquier lugar de la ciudad de Río de Janeiro, y también desde el mar. El edificio sería una referencia permanente de todas las playas de Río de Janeiro, y de sus instalaciones olímpicas. 

El edificio resultante se inspira en el Berimbau ya que una estrecha asta soporta al edificio con forma esférica, suspendido en el aire. 

El asta tiene una doble funcionalidad: soportar el edificio y suministrarle el aire fresco que necesita, con el fin de conseguir una ventilación natural adecuada. Del mismo modo, alberga los sistemas de iluminación propios del faro y los sistemas multimedia de iluminación.

La esfera dispone de 5 niveles. El nivel mas bajo alberga actividades lúdicas. El nivel inmediato alberga oficinas. El nivel intermedio alberga un mirador y tiendas de souvenirs. El penúltimo nivel alberga oficinas. Y el nivel superior alberga una sala de conferencias.

Por otro lado, en el subsuelo del islote, al lado del asta, el edificio se prolonga de forma subterránea, albergando oficinas, salas de conferencias y salas de reuniones multifuncionales. 

La altura del conjunto es de 113 metros. La superficie construida es de 2.083’30 m2. La esfera dispone de 1.482’80 m2, y el conjunto subterráneo tiene una superficie de 600‘50m2.

3. Análisis Sostenible

3.1. Optimización de recursos

3.1.1. Recursos naturales. Se aprovechan al máximo recursos tales como el sol (para generar el agua caliente sanitaria, calentar el edificio por efecto invernadero, y proporcionar iluminación natural a todas las oficinas), el viento, el aire (el aire frío procedente del subsuelo), la tierra (sistema geotérmico para calentar y para refrescar el edificio), el agua de lluvia (reservas de agua), ….. 

3.1.2. Recursos fabricados. Los materiales empleados se aprovechan al máximo, disminuyendo posibles residuos, mediante un correcto proyecto, la industrialización total de todos los componentes del rascacielos, y la gestión eficaz de su construcción. 

3.1.3. Recursos recuperados, reutilizados y reciclados. 

Todas las componentes del edificio pueden ser recuperables, de tal modo que el rascacielos puede desmontarse en su totalidad, y se pueden reparar, reciclar y reutilizar todos sus componentes, de un modo sencillo.

3.2. Disminución del consumo energético

3.2.1. Construcción.

El edificio se ha construido con un consumo energético mínimo. Los materiales utilizados se han realizado en fábrica con una cantidad mínima de energía. 

3.2.2. Uso. 

Debido a sus características bioclimáticas, el edificio tiene un consumo energético muy bajo. El rascacielos se calienta por efecto invernadero, y una eficaz bomba de calor geotérmica. Por otro lado, el rascacielos se refresca mediante un eficaz sistema de protectores solares, un sistema geotérmico-arquitectónico de generación de aire fresco (en  el subsuelo), y una  bomba de calor geotérmica.

3.2.3. Desmontaje

La gran mayoría de los materiales utilizados pueden recuperarse con facilidad (una vez superada la vida útil del edificio), para ser reparados, o utilizados en otro edificio. 

3.3. Utilización de fuentes energéticas alternativas

La energía utilizada es de dos tipos: solar térmica (captores solares para producir el A.C.S., y captores fotovoltaicos para generar electricidad), y geotérmica (para generar aire y agua caliente, y aire fresco). 

3.4. Disminución de residuos y emisiones

El edificio no genera ningún tipo de emisiones, y se ha reducido al  mínimo  la generación de residuos.

3.5. Mejora de la salud y el bienestar humanos

Los materiales empleados son ecológicos y saludables, y no generan ningún tipo de emisiones que puedan afectar la salud humana. Del mismo modo, el edificio se ventila de forma natural, y debido a su optimo diseño, aprovecha al máximo la iluminación natural, lo que crea un ambiente saludable y proporciona la mejor calidad de vida posible a sus ocupantes. 

3.6. Disminución del precio del edificio y su mantenimiento

El edificio ha sido proyectado para que tenga una gestión sencilla, y sea muy fácil de mantener y reparar. Para ello se han utilizado las tecnologías de control y telecomunicaciones mas avanzadas del momento.

4. Características Bioclimáticas

4. 1. Calor:

4.1.1. Generación de Calor.

Para generar calor (en invierno) en el rascacielos se han utilizado las siguientes técnicas:

4.1.1.1. Técnicas para evitar las pérdidas energéticas en invierno:

Se ha diseñado una doble piel de vidrio con una cámara de aire intermedia (de ancho variable). La piel exterior consiste en un vidrio templado-laminado (6-6-6) curvado, que proporciona la forma esférica al edificio suspendido.

Esta piel exterior de vidrio curvado dispone de una serigrafía especial de tal modo que deja pasar los rayos solares muy perpendiculares al vidrio (invierno) y no deja pasar a los rayos solares rasantes (verano). La piel interior consiste a su vez en un vidrio doble ((6+6+6)–12–6), que dispone de un sistema exterior de toldos y un sistema interior de triple rail de estores. El conjunto proporciona un aislamiento elevadísimo que evita las pérdidas energéticas en invierno.

4.1.1.2. Técnicas para calentar el edificio

- Efecto invernadero.

La doble piel de vidrio permite dos sistemas de generación de calor para el edificio. Por un lado permite que la radiación solar penetre en las estancias del rascacielos y las caliente por radiación. Este calor se mantendrá durante la noche debido a la alta inercia del conjunto y las pocas pérdidas energéticas. Por otro lado la doble piel permite un efecto invernadero doble. El aire caliente generado asciende por la cámara existente entre la doble piel y se introduce al interior del edificio. Además, mediante un sistema ingenioso de aperturas de esta doble piel de vidrio se permite la ventilación en invierno con aire precalentado por el invernadero. De este modo se mantiene la temperatura del edificio, sin necesidad de sistemas mecánicos de climatización, y por tanto, sin consumo energético alguno.

- Captores solares térmicos.

Integrados en los vidrios curvados en la zona norte de la esfera de vidrio se han ubicado un conjunto de captores solares térmicos (tubos de vacío). De este modo el sistema protege de la radiación solar en verano, al mismo tiempo que genera agua caliente sanitaria que necesita el rascacielos.

- Elevada inercia térmica del edificio.

El calor generado durante el día por los métodos anteriores se acumula en el edificio debido a su elevada inercia térmica y lo mantiene caliente toda la noche. Ello facilita su calentamiento consecutivo al día siguiente.

4.1.2. Acumulación de Calor.

Debido a la alta inercia térmica del edificio (a base de elementos prefabricados de hormigón armado), gran parte del calor generado durante el día se mantiene acumulado durante la noche, manteniendo calientes las estancias, sin apenas consumo energético.

4.1.3. Transmisión de Calor (y de luz).

Para calentar las estancias situadas al norte se ha diseñado un sistema de transferencia de calor a través de la doble piel de vidrio. Simplemente impulsando (por medio de ventiladores que se encuentran en la parte interna de la doble piel) el aire caliente que se genera en la parte sur del rascacielos, éste llega hasta la parte norte rodeando todo el edifico y calentándolo a su paso

4.2. Fresco.

4.2.1. Generación de Fresco.

Para generar fresco en el edificio se utilizan las siguientes técnicas:

4.2.1.1. Técnicas para evitar que el edificio se caliente en verano:

- Protección frente a la radiación solar directa.

En las zonas situadas al sur del edificio la protección solar se logra abatiendo el vidrio exterior del sistema de doble piel de vidrio. De este modo se evita la generación calor por efecto invernadero, y además los elementos horizontales opacos (que son los captores solares térmicos) protegen al vidrio de la radiación directa. Además, se ha utilizado otra técnica complementaria consistente en utilizar vidrios serigrafiados por un sistema de puntos que permiten entrar los rayos solares muy perpendiculares al vidrio (invierno) y no dejan pasar a los rayos solares rasantes (verano). En este caso, el aire caliente que se crea en la doble piel de vidrio asciende a través de las rejillas que sirven de separación entre los forjados, y se escapan al exterior. Este aire circulante ventila la doble piel de vidrio y elimina las ganancias térmicas, aislando el edificio.

En las zonas situadas al este y oeste del edificio las protecciones solares horizontales no sirven, por lo que se han dispuesto un conjunto de paneles con protecciones solares metálicas inclinadas, en el interior de la doble piel de vidrio. De este modo la radiación solar no llega al interior del edificio y el aire recalentado en la cámara intermedia asciende a la parte superior exterior, a través de las rejillas horizontales que se encuentran a la altura de cada forjado del edificio.

- Protección frente a la radiación solar indirecta.

Se logra por medio de tres niveles de estores interiores opacos, traslucidos y transparentes de varios colores. De este modo se controla la cantidad de luz deseada en cada ambiente del interior del rascacielos (entre 200 y 600 lux), así como el estado de ánimo de los trabajadores (mediante el color de los estores).

4.2.1.2. Técnicas para refrescar el rascacielos en verano

- Generación geotérmica de aire fresco

Alrededor de la base del edificio se han dispuesto varias tomas que canalizan el aire exterior hasta un conjunto de galerías geotérmicas subterráneas donde se refresca de forma natural, debido a la temperatura estable del subsuelo. El aire así refrescado asciende por el asta del rascacielos hasta llegar a la esfera, refrescándola a su paso. Al refrescar el edificio, el aire se calienta y asciende, y se ve succionado por el efecto “chimenea” generado en la parte superior de la esfera.

- Refresco de noche (ciclos circadianos)

Los forjados del rascacielos tienen una elevada inercia térmica, de este modo por la noche se permite que el aire exterior refresque el edificio, y se mantendrá fresco a lo largo del día siguiente. Un sencillo sistema de trampillas permite que de noche entre el aire del exterior, mientras que de día el aire entra solamente por el núcleo central (aire fresco). 

- Des-humectación-pulverización de agua.

Para refrescar el rascacielos de forma natural se ha hecho uso de un sistema sencillo y natural: pulverizar agua, con el fin que se evapore y, con ello, descienda la temperatura del entorno inmediato. Sin embargo, este método aumenta el nivel de humedad del aire, y por tanto aumenta la sensación de bochorno. Por ello, en primer lugar se des-humecta el aire, filtrándolo a través de sales que absorben la humedad, y a través de un dispositivo mecánico basado en el “efecto Peltier”. En segundo lugar, el aire seco resultante se enfría mediante un sistema de evaporación de agua pulverizada. Como resultado se obtiene aire fresco, y con un grado de humedad similar o inferior al estado natural del entorno. 

- Energía geotérmica. 

Se ha previsto realizar varias perforaciones de unos 150 m. de profundidad que sirven de intercambiadores térmicos para la bomba de calor geotérmica. Esta bomba de calor refresca el edificio por medio de un sistema de suelo radiante de agua fría. 

4.2.2. Transmisión de Fresco.

El aire fresco que entra a la esfera, procedente del asta central, recorre todas las estancias, de forma radial, y las refrescan a su paso. El aire escapa por los vidrios superiores de la piel interna de la doble piel de vidrio. Se crea una sobrepresión en la parte superior de la estancia por lo que el aire sale, evitando que el aire exterior entre a las estancias. De este modo las estancias permanecen frescas a lo largo del día sin necesidad alguna de sistemas mecánicos de aire acondicionado. 

4.2.3. Acumulación de Fresco.

La elevada inercia térmica del rascacielos (debido a los pesados forjados y a los jardines intermedios) permite que el aire fresco generado se mantenga a lo largo del día, sin apenas consumo energético.

5. Innovaciones más destacadas

- Autosuficiencia de agua

El edificio BERIMBAU es autosuficiente de agua. Es decir, no necesita conectarse a los sistemas de suministro de agua municipales. 

El agua necesaria para el consumo humano, para la higiene humana, y para el riego de los cultivos y de las zonas verdes se obtiene de varias fuentes complementarias: 

5.1. Agua subterránea. El edificio dispone de varias sondas para extraer agua de acuíferos subterráneos. El agua así obtenida se filtra y purifica, hasta convertirse en apta para el consumo humano. 

5.2. Agua de lluvia. El agua de lluvia que cae sobre el edificio se recoge y se almacena en varios depósitos perimetrales de 20.000 litros. El agua se filtra y purifica, hasta convertirse en apta para el consumo humano. 

5.3. Reciclaje de aguas grises. Las aguas grises generadas por el edificio se filtran y se almacenan en depósitos ubicados para tal fin.  El agua así obtenida se filtra y purifica, hasta convertirse en apta para el consumo humano.

- Autosuficiencia energética

El edificio es autosuficiente de energía. Es decir, no está conectado a los sistemas de suministro de electricidad municipales. 

Esta autosuficiencia energética se ha conseguido mediante un conjunto de estrategias complementarias: 

a. Realizar un óptimo diseño bioclimático para reducir al máximo la necesidad de energía. En el diseño del edificio se han utilizado todo tipo de estrategias bioclimáticas para conseguir que consuma la menor cantidad posible de energía, se ilumine de forma natural, se ventile de forma natural, y se auto-regule térmicamente, todos los días del año. Como resultado de este especial diseño, el edificio se refresca por sí mismo en verano, y se calienta por sí mismo en invierno. Del mismo modo, durante el día el edificio se ilumina de forma natural, todos los días del año, sin necesidad de luminarias artificiales.

b. Incorporar en el edificio solo los artefactos electromecánicos imprescindibles, y que además sean de muy bajo consumo eléctrico. 

c. Utilizar sistemas de iluminación artificial a base de leds de muy bajo consumo energético.

d. Utilizar cocinas y frigoríficos alimentados por medio de biogás. 

e. Incorporar un sistema fotovoltaico de generación de electricidad 30.000 watios/pico, para generar toda la energía eléctrica que necesita el edificio. Los captores solares fotovoltaicos están integrados en los vidrios exteriores de la esfera de BERIMBAU.

f. Incorporar un sistema captores solares térmicos para generar el agua caliente sanitaria que necesita el edificio. Los captores solares térmicos están integrados en los vidrios exteriores de la esfera de BERIMBAU.

g. Utilizar un sistema de acondicionamiento térmico complementario, por medio de un sistema geotérmico, con una bomba de calor alimentada con energía eléctrica fotovoltaica. El edificio es capaz de autorregularse térmicamente -por sí mismo- debido a su especial diseño arquitectónico, y sin necesidad de artefactos de acondicionamiento térmico.  No obstante, en días muy calurosos, o cuando el edifico tiene muchos ocupantes, el sistema geotérmico complementa de forma eficaz el funcionamiento bioclimático del edificio, y garantiza el bienestar de todos sus ocupantes.

h. Educar adecuadamente a las personas que viven y trabajan en el interior del edificio, con la finalidad de que cambien sus costumbres, y que hagan un correcto uso de los artefactos del edificio.

- Autosuficiencia de alimentos

El islote dispone de varios huertos biológicos, que proporcionan alimentos básicos a sus ocupantes. La climatología del entorno permite varios cultivos al año de cereales, leguminosas frutas y verduras. Y la superficie cultivable es más que suficiente para alimentar a los ocupantes del edificio, y a los animales de la pequeña granja que dispone. Del mismo modo se ha seleccionado el ganado mas adecuado para completar el ecosistema autosuficiente de la isla. 

- Alto nivel bioclimático 

El diseño de Berimbau ha sido estudiado de forma meticulosa para que el edificio sea capaz de regularse térmicamente por sí mismo, sin necesidad de artefactos, y por tanto, sin consumo energético alguno. 

Durante la estación más calida el edificio se refresca de forma natural. La parte subterránea del edificio se mantiene a una temperatura agradable tanto en invierno como en verano, debido a su alta inercia térmica, y su ventilación natural. La esfera de vidrio dispone de una triple piel de vidrio con una cámara ventilada en su interior. La cámara esta ventilada en verano, y es capaz de disipar por si misma la enorme generación de calor de la radiación solar. Además, esta piel dispone en su interior de protecciones solares horizontales y verticales para que no acceda la radiación solar directa al interior del edificio, solo la indirecta. Por último, el aire fresco que asciende por el asta del edificio recorre todas las estancias de la esfera a gran velocidad, y las refresca a su paso. De este modo el edificio se mantiene fresco todo el verano, iluminado y ventilado de forma natural, y sin consumo energético alguno. 

Además, los ocupantes del edifico pueden disfrutar de unas vistas sin igual de Río de Janeiro. 

Durante la estación mas fría, la radiación solar directa accede de forma parcial al interior de la esfera y la mantiene templada de forma natural, y sin consumo energético alguno.

- Ventilación natural, con sistemas de recuperación de calor

 El edificio se ventila de forma natural, ya que el aire exterior se pasa por un conjunto de galerías subterráneas con el fin de enfriarse suficientemente, y se introduce a los diferentes espacios a través del asta. De este modo se garantiza un perfecto bienestar de los ocupantes, sin consumo energético alguno.

- Perfecta integración arquitectónica de energías renovables

Los dispositivos generadores de energía solar están perfectamente integrados en la propia sintaxis formal del edificio. 

La doble piel de vidrio de la esfera de Berimbau integra perfectamente los captores solares térmicos (que generan el agua caliente sanitaria), y los captores solares fotovoltaicos (que generan la poca electricidad que necesita el edificio). Las células fotovoltaicas se han integrado en los vidrios curvos, permitiendo las vistas exteriores y proporcionando al conjunto una elevada elegancia.

- Edificio multimedia

La doble piel de vidrio serigrafiado está equipada con miles de pequeños leds multicolores, con control individual, que le permiten componer escenas e imágenes. Además, en esta doble piel de vidrio se proyectan imágenes mediante un conjunto de proyectores de video sincronizados. De este modo, las imágenes son capaces de manipular las formas y los espacios, confiriendo al conjunto un carácter etéreo, ingrávido e inmaterial. Los espacios físicos se mezclan con los espacios virtuales, y no se puede discernir donde finalizan los elementos arquitectónicos, y donde empieza la información visual. Se trata por tanto de un auténtico edificio multimedia, que cambia de aspecto y de color de acuerdo a las circunstancias. 

- Facilidad de evacuación

El edificio es muy fácil de evacuar, ya que cada planta tiene muy pocos ocupantes, y un conjunto de ascensores controlados por un sistema experto. 

- Alta resistencia al Fuego

El edificio tiene una elevada resistencia al fuego. Su estructura portante es de hormigón armado de altas prestaciones, y la estructura metálica esta protegida de forma redundante. 

- Sistema de construcción prefabricado e industrializado

Todos los componentes de la vivienda han sido realizados en fábricas diferentes. Estos componentes se han ensamblado en la ubicación del edificio, obteniendo el edificio. Ni un solo componente se ha realizado “in situ”. Por supuesto, esto obliga a la realización de un buen proyecto arquitectónico. 

- Sistema constructivo que no genera residuos en la construcción

Los componentes del edificio han sido realizados en fábrica, sin generar residuo alguno. La construcción del edificio se realiza mediante el ensamblado en seco de sus componentes, sin generar residuo alguno. Del mismo modo, si fuera necesario desmontar el edificio, simplemente  se desensamblarían todos sus componentes, sin generar residuo alguno.

- Transportabilidad y desmontabilidad

El conjunto de elementos arquitectónicos del edificio ha sido diseñado para que puedan montarse y desmontarse fácilmente, y de forma indefinida. Por este motivo, estos elementos se pueden transportar a cualquier lugar, para montarse fácilmente, tantas veces como sea necesario. 

- Ciclo de vida infinito

Todos los componentes del edificio han sido diseñados para montarse en seco a base de tornillos, clavos y por presión. De este modo se pueden extraer fácilmente del edificio, para poder ser reparados, reutilizados o restituidos, una y otra vez. De este modo, el edificio puede perdurar hasta el infinito, con muy bajo consumo energético.