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Departamento de Arquitetura e Urbanismo

FABRICAÇÃO, TECTÔNICA E PROJETO:

CATÁLOGO DE ENCAIXES EM MADEIRA

Alunos: Lucas Di Gioia (PIBIC/CNPq), Victor Cattete (PIBITI/CNPq) e

Gabriel G. Raymundo (TEPP/PUC-Rio)

Orientador: Marcos Favero

Introdução

O projeto ao qual este trabalho está vinculado – Fabricação, Tectônica e Projeto:

Microinfraestruturas Urbanas – pretende investigar e problematizar desdobramentos acerca

das noções de fabricação digital e tectônica no âmbito da pesquisa e do ensino/aprendizagem

em projeto de arquitetura a partir de dois movimentos simultâneos: um de natureza teórica e

outro de cunho experimental.

O presente trabalho está relacionado ao viés experimental do projeto e tem como

objetivo, especificamente, a construção de um catálogo de encaixes em madeira, que está

sendo elaborado a partir de tecnologias de modelagem e fabricação digital em duas versões:

uma digital, no formato open source, e outra física, qual seja uma materioteca.

Este tem como base uma investigação relacionada à origem dos encaixes tradicionais

em madeira – a partir de um levantamento de manuais de carpintaria ou marcenaria

provenientes de diferentes regiões do mundo – sua catalogação, seleção, tendo como objetivo

verificar a possibilidade da existência de um conjunto de encaixes “universais”, e, por fim,

reprodução utilizando sistemas de modelagem tridimensional (software Rhinoceros) e de

manufatura digital (CAD/CAM e sistemas de corte a laser e equipamentos CNC Router).

A pesquisa permitiu um aprofundamento na compreensão dos encaixes em madeira,

mas sobretudo proporcionou a possibilidade do desenvolvimento (ainda em curso) de uma

nova forma de classificação de encaixes de madeira, demonstrada por meio de um

organograma (ver fig. 13), elemento estruturante do catálogo.

Metodologia

A metodologia do trabalho compreende três fases: 1. Princípios Estruturantes,; 2.

Desenvolvimento; 3. Produtos.

O trabalho está fundamentado em dois Princípios Estruturantes: 1. levantamento e

catalogação de referencial teórico e técnico referente aos encaixes tradicionais em madeira e

seus respectivos métodos construtivos (métodos analógicos); 2. instrumentalização da equipe

de pesquisa em fabricação digital relacionada à utilização da CNC Router como ferramenta de

produção.

Na fase de Desenvolvimento, todos os encaixes foram modelados tridimensionalmente

utilizando software Rhinoceros. Etapa necessária para a fabricação dos encaixes na CNC

Router que configurou um processo de retroalimentação constante e, objetivamente, gerou

desenhos próprios para a ilustração do catálogo digital. Processo no qual se percebeu a

pertinência de uma reclassificação dos encaixes.

Reclassificação desenvolvida na terceira fase, denominada produtos, também

constituída também pela construção do catálogo de encaixes em madeira, que está sendo


elaborado a partir de sistemas de modelagem e fabricação digital em duas versões: uma

digital, no formato open source, e outra física, qual seja uma materioteca.

Figura. 1. Diagrama metodológico completo


1. Princípios estruturantes

1.1 Levantamento, classificação e catalogação

Caracteriza-se, inicialmente, por um levantamento de manuais de carpintaria ou

marcenaria provenientes de diferentes regiões do mundo (Argentina, Brasil, Espanha, Estados

Unidos, França, Holanda, Inglaterra, Itália, Japão e Portugal), configurando um total de 21

manuais, que teve por objetivo fundamentar o trabalho através de uma ampla gama de dados.

Para tanto, foram traçadas correlações entre estes manuais levando em consideração as

seguintes categorias de análise: 1. Relevância específica do conteúdo para o projeto; 2.

Quantidade dos exemplos de encaixes; 3. Qualidade dos exemplos de encaixes; 4. Estrutura

de catalogação. Certificou-se que 9 dos 21 manuais poderiam ser considerados referência em

seus respectivos países dado que apresentam qualidade superior aos demais sobretudo no que

diz respeito às últimas duas categorias indicadas anteriormente; consequentemente estes

foram selecionados como as principais referências teóricas e técnicas [1].

A fim de quantificar e classificar estes dados foi gerada uma matriz que cruza as

informações entre os tipos de encaixes e a sua existência nos 9 manuais de forma a verificar

sua recorrência, afim de determinar a possibilidade de uma “universalidade” entre estes;

momento no qual foram catalogados 24 encaixes.

Dentre estes, se destacaram 9 encaixes utilizando-se como critério de seleção sua

respectiva recorrência em, no mínimo, 5 manuais. De modo a apresentar o conjunto de

encaixes considerados “universais” [2] e sua recorrência nos manuais foi gerada uma segunda

matriz, quadrada, intitulada “9 x 9”.

Figura 2. 9 x 9


Considerando os 9 encaixes “universais”, foi gerada uma terceira matriz a partir da

revisão/reorganização da primeira, de modo que os outros 15 encaixes fossem ordenados de

maneira subsidiária aos “universais” tendo como critério sua semelhança formal.

Figura 3. Encaixes organizados em função dos 9 “universais”

1.2 Instrumentalização Em Fabricação Digital

Levando em consideração o caráter experimental deste projeto, a instrumentalização da

equipe de pesquisa em fabricação digital se fez necessária para o seu desenvolvimento. Esta

se deu no Laboratório de Volumes do Departamento de Arquitetura e Urbanismo da PUC-

Rio, com a supervisão do técnico do laboratório, através de um estudo específico do software

Sprutcam (análogo CAD/CAM) e da utilização da CNC Router, afim de possibilitar o

domínio das seguintes questões:

- Parâmetros de avanço de corte e desbaste gerais e específicos para madeira escolhida

(pinus autoclavado);

- Tipos de fresa a serem utilizadas, considerando a relação entre o diâmetro da fresa, a

velocidade do corte e a complexidade do desenho da peça a ser construída;

- Organização das rotinas de corte e desbaste de acordo com a especificidade do

desenho de cada encaixe;

- Fixação da peça de madeira através dos trilhos da mesa de corte;

- Setagem da origem da operação (ponto de início de atividade da fresa) da CNC Router

a fim de direcionar o processo de fabricação;

- Transferência da “rotina” do Sprutcam (Arquivo gerado pelo programa com as

especificações de corte e desbaste que é utilizado diretamente na CNC Router) para a

CNC Router.


2. Desenvolvimento

2.1 Produção de material gráfico

Figura 4. Modelos Digitais (Rhinoceros)

A partir da catalogação dos encaixes gerou-se uma base de dados (database) de modelos

digitais 3D de todos os encaixes, em software Rhinoceros, para a sua fabricação na CNC

Router. Inicialmente, estes modelos foram desenhados com seção retangular (45mm x 70mm)

em função da madeira disponível no Laboratório de Volumes para fabricação dos primeiros

protótipos.

Realizados os primeiros testes na CNC Router, decidiu-se abandonar a seção retangular,

adotando-se seção quadrada, a fim de caracterizar, tendo em vista sobretudo à construção da

materioteca, certa “imparcialidade”, certa “generalidade” no formato dos encaixes. Os

encaixes foram remodelados para seção quadrada 55mm x 55mm em função da madeira que

nos foi possível adquirir, porém, é importante observar, que este dimensionamento não é

específico, ou seja, podendo ser modificado, assim como todas as outras características do

modelo dos encaixes, conforme pressupõe um regime open source.

2.2 Fabricação de encaixes

Uma série de questões operacionais relacionadas a CNC Router direcionaram o design

(ou seja considerando forma e formato) dos encaixes no que diz respeito ao seu método de

fabricação, consequentemente configurando um processo de retroalimentação constante entre

modelagem tridimensional digital e fabricação.

Levando em consideração a etapa Instrumentalização, foram realizados uma série de

testes a fim de possibilitar a definição de parâmetros específicos para a fabricação final dos

encaixes para a materioteca: 1. Dimensionamento e seção dos encaixes (atividade realizada

concomitantemente a modelagem tridimensional digital); 2. Método de fixação das peças.

Estes testes foram realizados tendo como base o primeiro conjunto de modelos com seção

retangular 45 x 70mm utilizando peças de madeira pinus autoclavado [3]. Para verificar a

aplicação dos parâmetros indicados anteriormente foram selecionados 6 encaixes (dentre 24)


de acordo sua complexidade e diversidade de design: Abraçadinho, Malhete Duplo, Espiga

Interna, Meia-esquadria Espiga Interna, Rabo de Andorinha.

Figura 5. Fotos dos encaixes

Ripas de compensado naval aparafusadas na mesa da CNC Router foram utilizadas para

balizar a peça em pinus autoclavado a ser cortada para gerar parte de um determinado encaixe

(cada encaixe é composto por duas peças de madeira). Parafusos com arruelas foram fixados

para travar esta peça a ser cortada sobre as ripas de balizamento de forma a restringir qualquer

movimento no sentido vertical que a fresa [4] da CNC Router possa causar na peça do

encaixe.

Figura 6. Fixação peça


Esse sistema de fixação e método de corte se mostrou ineficiente em diversos aspectos:

1. A opção de corte “peça por peça” demandou que a cada peça cortada toda a fixação fosse

removida para a colocação de uma nova peça, acarretando considerável perda de tempo em

relação ao corte de cada encaixe, levando, trabalho que chegou a levar até 2 horas de

execução; 2. Em função da troca continuada de peças, houve necessidade de sempre realinhar

o “ponto inicial da rotina” do Sprutcam da CNC Router; 3. Em função dos diferentes

desenhos de encaixes, nem sempre as arruelas puderam ser fixadas no mesmo lugar devido ao

“caminho da rotina” que a fresa iria percorrer, gradualmente enfraquecendo as ripas

balizadoras por conta dos diversos furos realizados; 4. Por fim, em função da precariedade do

sistema de fixação as peças vibravam em um frequência que comprometia a execução destas,

acarretando a quebra de um certo número de peças e fresas no processo de corte.

Figura 7. Peça quebrada

Simultaneamente aos testes descritos acima, foi realizada, a revisão dos modelos

tridimensionais digitais para adequá-los à seção quadrada de 55x55mm, momento que

caracteriza um ciclo de retroalimentação: Modelagem tridimensional digital / Fabricação /

Modelagem tridimensional digital.

Foi necessária a reformulação do sistema de fixação e método de corte, a fim de

resolver as deficiências apontadas anteriormente: tempo de execução, “ponto inicial da

rotina”, “caminho da rotina” e vibração. Para tanto, considerando a madeira disponível e

tamanho da mesa da CNC Router, foi determinado, com o auxílio do Rhinoceros, o número

máximo 7 encaixes (14 peças) a partir de um único bloco de madeira com 1500x140x70mm, e

a fabricação, sob medida, fixados nas extremidades do bloco.

Deste modo, o processo de corte de cada peça no bloco teve seu tempo reduzido em

aproximadamente de 75% de duração (cerca de 30 minutos por peça), na medida em que, ao

invés de “peça por peça”, era necessário programar apenas uma operação de corte e desbaste

contínua para todo o bloco de madeira.


Figura 8. Novo método de corte / diagrama

Embora esse sistema tenha reduzido o tempo de corte dos encaixes e de fixação e

remoção das peças na CNC Router, este gerou um outro problema devido da proximidade das

peças a serem cortadas, pois a cada peça cortada, a resistência do corpo do bloco

1500x140x70mm inevitavelmente diminuía, o que associado a distância entre os grampos

fazia com que o bloco continuasse vibrando, comprometendo a precisão da operação e, em

certos casos, quebrando a fresa.

Figura 9. Foto da peça /diagrama ilustrando o problema

Para solucionar esses problemas, foi inserido um terceiro grampo intermediário e

reduzido o tamanho do bloco de madeira para 1500x70x70mm, consequentemente

diminuindo o número de peças a serem fabricadas por vez. Como último movimento para

efetivação do sistema de fixação e método de corte, aem decorrência do desgaste dos

grampos, em pinus autoclavado foram fabricados novos grampos, idênticos aos anteriores,

porém em maçaranduba (madeira de lei, mais resistente).


É nesta conformação do sistema: peça de madeira 1500x70x70mm, 3 grampos em

maçaranduba e ordem de corte de peças de encaixe sequencializada, que estão sendo

atualmente produzidos os 51 encaixes, dos quais 25 já foram fabricados.

Figura 10. Diagrama de desbaste na CNC (volume removido)

Figura 11. Digrama de novo método de fixação e sistema de corte


Figura 12. Novos grampos produzidos

3. Produtos e Resultados

3.1 Reclassificação dos encaixes em madeira

Ao analisar novamente, na etapa Desenvolvimento os diversos sistemas de classificação

e representação gráfica dos encaixes tradicionais em madeira na manuais de referência (ver

nota 1), percebeu-se a possibilidade de reclassificar os 24 encaixes anteriormente relacionados

aos 9 encaixes considerados “universais” (ver nota 2) não somente pela sua semelhança

formal, mas também pelo desempenho (performance) de cada um destes encaixes e suas

relações entre si. Estratégia que possibilitou a incorporação de 27 encaixes, totalizando 51

encaixes. Acima de tudo, estratégia que possibilitou a elaboração de uma nova forma de


classificação de encaixes de madeira, ou melhor, um sistema de classificação de encaixes cuja

estrutura é inovadora, consequentemente configurando importante resultado de pesquisa.

A partir deste entendimento, os 24 encaixes foram reclassificados em 4 formas

primárias, cada qual geratriz de uma família de encaixes (fig. 13): 1. Meia Madeira, 2. Espiga

Interna, 3. Espiga Rasgada e 4. Cavilha.

Em seguida, parte dos encaixes foram agrupados em 3 classes com base nas suas

soluções de conexão entre peças: 1. Abraçadinho, 2. Rabo de Andorinha e 3. Meia Esquadria.

Por sua vez, os encaixes que derivam diretamente de uma das 4 formas primárias, e que,

portanto, não se adequam aquelas classes foram categorizados apenas como família.

Figura 13. Organograma Final

3.2 Catálogo

O catálogo de encaixes em madeira está sendo elaborado utilizando sistemas de

modelagem e fabricação digital. Estão sendo desenvolvidas duas versões: uma digital, no

formato open source, e outra física, qual seja uma materioteca; tendo como base o

organograma concebido na etapa Reclassificação.

A ideia é que a versão digital, além do organograma e de uma descrição sucinta dos

encaixes, possibilite acesso a uma base de dados contendo os arquivos editáveis em formato

Rhinoceros (.3DM) ou similares. Por sua vez a materioteca será um catálogo físico

organizado na forma de um mostruário, cujo desenho está sendo elaborado a partir de um

protótipo já construído, permitindo que se tenha acesso, presencialmente a todos os 51

encaixes.

Tendo em vista não somente a pesquisa propriamente dita – Fabricação, Tectônica e

Projeto: Microinfraestruturas Urbanas –, trata-se da construção de material de referência para

os alunos de graduação e pós-graduação, sobretudo de Arquitetura e Urbanismo, no que diz

respeito ao ensino/aprendizagem de técnicas de fabricação digital e construção

contemporânea em madeira (edificação e mobiliário).


Figura 15. encaixes já produzidos

Figura 16. Materioteca (desenhos ou fotos do mockup?)


Referências

1– CEUKELAIRE, E. Houtverbindingen. 1 ed. Bruxelas: FVB, 2013;

CEUKELAIRE, E. Les assemblages bois. 1 ed. Bruxelas: FVB, 2013; FAIRHAM,W.

Woodwork joints. 1 ed. Londres: Gutenberg, 2007; GAZTELU, L. Carpinteria de armar. 1

ed. Madrid: Libreria Editorial, 1899; JACKSON,A; DAY,D. Good wood joints. 1. ed.

Londres: Collins, 1995; JACSON, A; DAY, D. Manual complete de la madera. 1. ed.

Madrid: Del Prado, 1993; MARCELLINI, D. Manual prático de marcenaria. 1. ed. São

Paulo: Ediouro, 1973; NUTSCH,W. Manuale tecnico del legno. 1 ed. Roma: Sistemi

Editoriali, 2006; SUMIYOSHU, T; MATSUI, G. Wood joints in classical japanese

architecture. 1. ed. Kajima: Kajima Institute, 1991

2– Abraçadinho, Espiga Interna, Meia Esquadria Espiga Interna, Meia Madeira,

Espiga Rasgada, Malhete Duplo, Rabo de Andorinha, Malhetes Varados, Esquadro 90º

Cavilha

3– Caracterizada pela sua relativa facilidade de corte, por possuir densidade media,

embora garantindo rigidez suficiente não comprometendo a estrutura dos encaixes.

4– Ferramenta de corte rotativa, constituída de uma série de dentes.

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