mariana motta

Universidade Presbiteriana Mackenzie

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ESTUDO DO PROCESSO CONSTRUTIVO EM MADEIRA DE ESPAÇOS TEMPORÁRIOS

E FLEXÍVEIS POR MEIO DE MODELOS FÍSICOS

Mariana Motta Cugnasca (IC) e Wilson Florio (Orientador)

Apoio: PIBIC CNPq

Resumo

A presente pesquisa investiga a utilização dos encaixes de madeira na arquitetura contemporânea. O estudo pretendido busca a produção industrializada em série, customizada, e a execução de peças em larga escala, tendo em vista a redução de custos de componentes construtivos. O processo de fabricação digital pesquisado foi o corte a laser. Na iniciação científica, foram estudados tipos de construções efêmeras, com aplicações do sistema construtivo em madeira. O intuito foi entender e aplicar conhecimentos do uso da madeira em espaços temporários a partir de modelos físicos e modelos digitais. O estudo foi desde a ideia até a sua materialização, de maneira a percorrer todo o processo. Além disso, o modo de produção contemporâneo foi aplicado na concepção da obra e no processo construtivo. Para tanto, foram desenvolvidos modelos volumétricos, alguns cortados manualmente e, outros, a laser. Cada modelo foi devidamente testado e fotografado para a análise dos resultados dos experimentos físicos e a interação com o processo de fabricação digital.

Palavras-chave: construção em madeira, sistemas construtivos, modelos físicos

Abstract

This research investigates the use of wooden fittings in contemporary architecture. The study intended to search the industrialized production in series, customized, and implementation in large-scale pieces in order to reduce costs of building components. The digital fabrication process investigated was the laser cut. In basic scientific research, were studied ephemeral building types, with applications in wood construction system. The aim was to understand and apply knowledge of the use of wood in temporary spaces from physical models and digital models. The study was between the idea and its embodiment in order to go through the whole process. Thus, the contemporary production method was applied to the conception of the work and the construction process. To that end, volumetric models were developed, some hand cut and others by laser cutting. Each model has been tested and photographed for analysis of the results of physical experiments and interaction with the process of digital fabrication.

Key-words: timber construction, constructive systems, physical models

VII Jornada de Iniciação Científica - 2011

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Introdução

A presente pesquisa investiga a utilização dos encaixes de madeira na arquitetura

contemporânea, particularmente em pavilhões efêmeros. A investigação abarca a produção

industrializada em série, a produção customizada e a execução de peças em larga escala,

tendo em vista a redução de custos de componentes construtivos. Os recentes

desenvolvimentos tecnológicos digitais têm permitido avanços significativos na produção de

elementos construtivos por meio da conciliação entre as técnicas tradicionais aliadas aos

novos sistemas de produção dos encaixes e junções de componentes. Como conseqüência,

pode-se, atualmente, produzir formas regulares ou complexas. Portanto, a pesquisa

examinou os potenciais usos da madeira na concepção e construção de espaços

temporários e flexíveis, bem como a criação de formas livres.

O processo de fabricação digital utilizado foi o de corte a laser. Este método requer a

preparação de desenhos bidimensionais para construir modelos tridimensionais (SCHODEK

et. al., 2005; CELANI e BERTHO, 2007; TAGLIARI e FLORIO, 2008). Assim, inicia-se com o

desenho dos componentes construtivos em programas gráficos, como o AutoCAD,

VectorWorks, Rhinoceros, entre outros. Com a cortadora a laser, pode-se cortar ou apenas

criar vincos nos materiais, sempre determinados pela intensidade da potência do laser. Os

vincos podem servir para representar a modulação de tábuas de madeira (TAGLIARI e

FLORIO, 2008), tanto em elevação como na modulação do piso. Na pesquisa, objetivou-se

utilizar os recursos para produzir modelos físicos em madeira por encaixes e sistemas

modulados.

Por outro lado, desde o final do século XIX têm proliferado propostas para espaços

destinados a eventos temporários. Galerias de exposição de grandes feiras industriais,

espaços para feiras temáticas, pequenos stands de vendas, quiosques, abrigos para

moradia de trabalhadores em canteiro de obras e habitação de emergência estão entre as

construções passíveis de serem construídas em madeira. No entanto, com a recente

introdução da possibilidade de produzir detalhes, junções e encaixes (MARTINS JR., 2007),

particularmente por meio de ferramentas de fabricação digital, pode-se estudar e produzir

obras em madeira com maior grau de complexidade.

Portanto, o presente estudo percorreu desde a concepção até a sua materialização, de

maneira a entender todo o processo, ou seja, desde o estudo preliminar até o detalhamento

de um protótipo com o uso da madeira em escala reduzida. Inicialmente, foram estudadas

sistematicamente as teses de doutorado e dissertações de mestrado voltadas para a

construção de edifícios em madeira, em suas múltiplas possibilidades. Na sequência,

apresentou uma visão geral das atividades recentemente desenvolvidas na área de


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fabricação contemporânea de encaixes em madeira (e, particularmente, no estudo de

produção industrializada). A partir disso, o direcionamento foi especificamente à

aplicabilidade na arquitetura efêmera, especialmente espaços temporários e flexíveis. O

modo de produção contemporâneo foi aplicado tanto na concepção da obra quanto na

construção do projeto. Para tanto, foram utilizados modelos físicos e digitais tridimensionais,

desenvolvidos com o propósito de testar, fisicamente, determinados comportamentos

estruturais.

Referencial teórico

Embora o Brasil possua grandes reservas florestais – tanto na região Norte, de madeira

natural brasileira, quanto na região Sudeste, de madeira de reflorestamento – o uso da

madeira na arquitetura ainda é incipiente no país. A madeira é um material natural, sendo

uma matéria prima permanentemente renovável (GÖTZ et. al., 1989; ESTUQUI, 2006).

Utiliza pouca energia embutida, isto é, sua produção não envolve grandes gastos

energéticos, garantindo a fixação de gás carbônico por muitos anos sem voltar à atmosfera.

Além disso, é corrente a discussão sobre o conceito sustentável que a madeira envolve

(QUEIJO, 2006). Assim, há ainda lacunas no conhecimento sistemático quanto ao seu

emprego aliado às técnicas construtivas de alta tecnologia.

O conceito de pequenas peças de madeira por encaixe tem suas origens no processo

chinês (BLASER, 1963). Além de serem de difícil aplicação em larga escala, essas técnicas

tradicionais envolviam grande precisão geométrica e extensos conhecimentos de

carpintaria. Diante dessas dificuldades, foram sendo deixando de ser utilizadas até serem

substituídas por outros tipos de ligações entre peças.

No Brasil, os arquitetos Siegbert Zanettini (1980) e Marcos Acayaba (2007) utilizaram

madeira com relativo sucesso na construção de residências durante as décadas de 1970 e

1990 respectivamente. Atualmente, devido a crescente consciência ambiental, assim como

a possibilidade de aplicação de novas ferramentas com controle numérico em construções,

esta técnica tem sido retomada em construções. Dois bons exemplos recentes da técnica

de encaixes na cobertura é o Disney Ice, de Frank Gehry, (Anaheim, Califórnia, 1996), e o

Serpentine Gallery Pavilion (Hyde Park, Londres, 2005), de Álvaro Siza e Eduardo Souto de

Moura, em colaboração com Cecil Balmond (do escritório de engenharia Arup and Partners).

Desde a Idade Média, arquitetos apresentam propostas de seus projetos também em

modelos físicos para compreensão, avaliação e apresentação (FLORIO, 2005). Nos últimos

anos, tem-se intensificado o uso de modelos físicos no processo de projeto em arquitetura,

inclusive no Brasil. Embora recentes estudos demonstrem (ROZESTRATEN, 2007) que os


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modelos físicos estavam presentes desde a Antiguidade, nem sempre os arquitetos

confiaram no uso de modelos físicos para desenvolver projetos de arquitetura.

A proliferação e a complexidade de formas orgânicas de edifícios nas últimas décadas têm

contribuído para intensificar experimentações a partir de modelos físicos. A dificuldade é

traduzir desenhos em modelos físicos e vice-versa, permitindo a produção de projetos em

formas complexas. Nesse contexto, entraram os modelos físicos produzidos por tecnologia

de fabricação digital: a prototipagem rápida. Com técnicas de modelagem e fabricação

digital (BEESLEY et. al., 2004; AITCHESON et. al., 2006) em anos recentes, pode-se, cada

vez mais, encurtar o processo, tornando-o mais ágil e eficaz.

O renovado interesse na fabricação digital, em diversas escalas no campo da arquitetura,

decorre tanto pelo estímulo criativo como pela viabilização na técnica da obra. Nos últimos

anos, a incorporação da prototipagem rápida como um meio de produção de modelos físicos

tem sido objeto de pesquisas, contribuindo para a fabricação dos componentes das

construções. Em pesquisas já realizadas sobre o assunto (SEELY, 2004; SASS, 2005;

CHASZAR, 2005; VIEIRA, 2007; FLORIO et. al., 2007; PUPO, 2008;), nota-se novas

oportunidades de conceber e detalhar mais apuradamente construções complexas, em três

dimensões, pela relação entre modelos físicos e digitais.

Na pesquisa realizada por Lawrence Sass e Marcel Botha (2006), uma residência em

madeira foi projetada e construída com todos os componentes e encaixes. Os elementos

construtivos foram desenhados em 3D, subdivididos em superfícies planares 2D e enviados

para a máquina, que os cortou com pranchas de madeira compensada, produzindo peças e

encaixes. A montagem do protótipo em escala 1:1 foi realizada sem grande esforço, pois o

sistema de encaixes e juntas facilitou o processo.

Modelos físicos tridimensionais são dispositivos poderosos que ajudam as pessoas a

visualizar e entender projetos. Pode-se manter um modelo físico na mão, separá-lo e reuni-

lo de diferentes modos (FLORIO et. al., 2007). Como afirmou Yenjoo Oh (2006, p.124), essa

habilidade de interagir fisicamente com um modelo é importante para pensar o projeto. De

fato, a experiência de projetar com modelos 3D ensina habilidades espaciais para arquitetos

não adquiridas facilmente através de outros meios (como desenho ou modelagem gráfica

computacional).

Pode-se produzir artefatos em diferentes escalas e com geometrias mais complexas de

detalhes de encaixes, junções e entalhes com as tecnologias digitais (SCHODEK et. al.,

2005; SASS, 2006). Consequentemente, esse tipo de estudo abre a possibilidade de criar

modelos (físicos e digitais) que representam melhor as funções, estruturas e

comportamentos dos objetos reais (e, essencialmente, permite ao arquiteto diferenciar, em


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seu trabalho, os materiais e processos de fabricação evoluídos dos decadentes ou

obsoletos). Atualmente, um exemplo prático do uso intensivo de novas tecnologias se aplica

na fase de finalização da construção da Igreja Sagrada Família, do arquiteto Antoni Gaudí. A

partir de programas como os de CAD, paramétricos ou de modelagem hoje disponíveis, são

feitas tanto as modelagens geométricas quanto as avaliações estruturais do conjunto. O

processo, tal como o buscado ao longo da pesquisa, inclui produção sistemática de

maquetes por impressão 3D.

Pesquisa Realizada

A 1ª etapa contemplou basicamente o levantamento de dados, informações e

conhecimentos sobre técnicas e aplicações do sistema construtivo em madeira em espaços

temporários. Além disso, foram pesquisadas e lidas as principais obras e publicações que

dariam base teórica para a pesquisa nas etapas seguintes. Algumas das imagens

pesquisadas que sintetizam essa etapa estão aqui expostas, tendo servido de ponto de

partida para a investigação científica proposta:

Fig. 1: Cobertura orgânica de madeira, onde há um tipo de encaixe e peça, além de conectores metálicos planos lineares. Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 2: Etapas da construção desse tipo de cobertura. Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 3: Formas livres de madeira laminada e conectores metálicos.Fonte: MORI, 2002.


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Fig. 7: Pavilhão adjacente à Serpentine Gallery de 2007, Olafur Eliasson e Kjetil Thorsen.

Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 9: Sambladura e encaixes utilizados no pavilhão. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com.

Na 2ª etapa da pesquisa, foi feita uma seleção de obras para análise de espaços

temporários, flexíveis e com formas livres orgânicas, direcionando e filtrando as referências

pesquisadas para o foco desejado na investigação em si. Na prática, isso foi feito por meio

do estabelecimento de relações entre as obras, em que se julgou interessante um estudo

mais aprofundado e os tipos de encaixes já obtidos na 1ª etapa. Abaixo, algumas das obras

e seus respectivos encaixes (no caso, alguns são encaixes japoneses e outros são as

sambladuras propriamente ditas).

Fig. 4: Cobertura com estrutura reticulada com um tipo de peça em bambu e conectores plásticos.

Fonte: MORI, 2002.

Fig. 5: Pórticos em seqüência e conectores metálicos. Fonte:

MORI, 2002.

Fig. 8: Encaixes japoneses utilizados no pavilhão. Fonte:

www.estruturasdemadeira.blogspot.com.

Fig. 6: Formas curvilíneas

de madeira laminada. Fonte: MORI, 2002.


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Fig. 12: Encaixes japoneses utilizados no

pavilhão de 2008. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com.

Fig. 10: Serpentine Gallery Pavilion 2008, Frank Gehry. Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 13: Foto interna do mesmo pavilhão, na qual se pode notar mais detalhes construtivos e estabelecer

relações com tipos mais específicos de encaixes. Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 16: Detalhe da ligação ao concreto, isolando a madeira da umidade: uso de conectores metálicos.

Fonte: AFLALO, 2005.

Fig. 11: Sambladuras utilizadas no pavilhão de 2008. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com.

Fig. 14: Sambladuras utilizadas internamente no pavilhão de 2008. Fonte:


Fig. 15: Casa Baeta (Guarujá), com pilares que se dividem em diferentes direções.

Fonte: AFLALO, 2005.


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Fig. 27: Sambladuras utilizadas no museu. Fonte:


Fig. 24: Sambladuras utilizadas na Spaceball.

Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com.

Fig. 25: Nemunoki Art Museum, Shigeru Ban

Architects. Fonte: MORI, 2002.

Fig. 26: Encaixes japoneses utilizados no museu. Extraído de

(site Estruturas de Madeira).

Fig. 17: Serpentine Gallery Pavilion 2005 – Álvaro Siza e Eduardo Souto de Moura.

Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 18: Vista interna, na qual o mobiliário dá a noção da altura que a cobertura de construção

simples por encaixes pode ter. Fonte: www.serpentinegallery.org.

Fig. 22: Spaceball, ICFF 2005 – Toshiko Mori. Fonte: www.tmarch.com.

Fig. 20: Sambladuras utilizadas no pavilhão de 2005. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com.

Fig. 19: Encaixes japoneses utilizados no pavilhão de 2005. Fonte:


Fig. 23: Encaixe japonês utilizado no Spaceball. Fonte:



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Fig. 30: Desenho de alguns encaixes japoneses para tentar entender melhor seu funcionamento, feito no SketchUp.

Fonte: autora, 2010.

Fig. 33: Elementos compositivos análogos aos do brinquedo LEGO. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.

Na 3ª etapa, foram estudadas técnicas de modelagem digital 3D e técnicas de fabricação

digital passíveis de serem aplicadas durante o processo de projeto e de construção da obra.

A partir de esquemas e explicações detalhadas, encontradas nas referências, foi possível

entender como o processo se aplica em cada caso específico da área de interesse, a

começar pelo estudo do encontro de pequenas peças.

A composição desses elementos pode ser usada

intuitivamente na criação de espaços, do mesmo

modo que com o LEGO, a partir de encontros

(cantoneiras), paredes e fechamentos. Poucas

formas-base associadas permitem um número

considerável de tipos de encaixes.

Fig. 31: Aeroporto de Stansted, Londres: a denominada

“solução em árvore”. Fonte: AFLALO, 2005.

Fig. 29: Detalhes de encaixes usados pelos japoneses. Fonte: SCHNEIDER, 2005.

Fig. 28: Sistema de pilar e viga no Japão: entramado pesado. Fonte:

SCHNEIDER, 2005.

Fig. 32: Com o pilar em uma única direção, é a laje que divide os esforços da estrutura. Fonte:

MORI, 2002.


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Fig. 35: Sequência de montagem de peças de corte digital. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.

Com um processo análogo ao da construção gramatical (de frases a partir de palavras, sob

certo método), pode-se conseguir muitos encaixes. Ou seja, as regras que alicerçam o

método permitem o alcance de infinitos objetos, apenas se baseando na adição e na

subtração de elementos consecutivamente.

Uma pequena mudança na regra de transformação

implica em variações da forma global, característica

que enriquece esse tipo de construção. Cada

elemento se relaciona com o outro e a composição

final varia de acordo com essa relação de

interdependência. Softwares CAD usam arquivos de

formato como DXF, por exemplo, para computar cada

projeto num banco de dados. Elementos como

pontos, linhas, curvas e superfícies têm dados

específicos de estruturas que permitem à geometria

ser construída e reconstruída matematicamente no

desenvolvimento do modelo.

Como um banco de dados, cada programa pode classificar e ordenar diferentes dados, seja

pelo tipo de construção ou de sua relação com a prática (fabricação digital). Para construir o

modelo proposto, é estudada a tolerância dos diferentes materiais, bem como sua esbelteza

e modulação estrutural, e, assim, definir seu tipo de aplicação e empregá-lo da maneira

mais proveitosa possível.

O desempenho estrutural dos objetos que resulta num

processo sequencial de adição e subtração não é,

entretanto, necessariamente desejável. A figura ao

lado mostra a complexidade da ligação trabalhada

pelo autor do protótipo.

As mais diversas sequências de formas podem

derivar de um mesmo objeto, que é muito simples:

uma caixa fechada. Da mesma maneira, infinitas

variações do projeto podem ser executadas nesse

objeto. É um processo lógico que dispensa as regras

tradicionais e pode ser descrito computacionalmente

de maneira fácil por uma sequência de etapas usadas

para derivar o projeto.

Fig. 34: Estudo tridimensional que mostra as relações entre as peças construindo novas peças.

Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.


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Fig. 36: Ampliação das peças estilo “LEGO” e como podem ser feitas as junções entre elas, sejam

usadas inteiras ou em frações. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.

Fig. 39: Tela de programa usado para construir virtualmente modelos para futuro corte digital.


Fig. 40: Diversas vistas de objetos montados exclusivamente a partir de peças cortadas digitalmente.


Apesar de o sistema em questão trabalhar com

derivações, tal como os galhos de uma árvore, pode-

se, a qualquer momento, voltar ao “nível” inicial e

recuperar a tipologia original do objeto – já que o

modelo pode se adaptar facilmente a diferentes

materiais e formas. Duas estruturas similares

resultam em objetos diferentes quando as peças são

posicionadas de modo diferente no arquivo digital.

Quanto às cantoneiras, podem variar quando construídas automaticamente pelo modelo

quando a forma ou o material da caixa muda. Os protótipos mostram que, pelo tamanho

reduzido, os elementos estruturais são de fácil substituição e acabam por compensar os

erros provenientes do “curvamento” de placas de madeira compensada. Assim, não é

necessário desentortar as peças, já que a “deformação” tem impacto negativo nos painéis.

Em casos extremos, o painel é retirado da estrutura para ser endireitado.

Fig. 37: Sequencia de montagem de peças de corte estilo “LEGO” até que se construa um dos

cantos de um possível objeto fechado. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.

Fig. 38: Sequencia da construção de um objeto maciço a partir somente de peças idênticas.



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Fig. 41: Ampliação das cantoneiras utilizadas na construção do objeto. Fonte: CARDOSO; SASS,

2008.

Fig. 42: Detalhe da “deformação” das placas de madeira compensada. Fonte: CARDOSO; SASS,

2008.

Fig. 43: Vedação de placas OSB. Fonte: www.arcoweb.com.br.

A madeira maciça é um material natural, é matéria prima permanentemente renovável.

Utiliza pouca energia embutida (ou seja, o gasto energético necessário para sua produção é

muito baixo em relação aos demais materiais utilizados na construção civil). Como

peculiaridade natural, tem a garantia de fixação de gás carbônico fixo na tora por anos e

anos sem que ele volte para a atmosfera, e é mais leve que o aço e o concreto. É

importante ressaltar, porém, que, dependendo do grau de curvatura dos espaços projetados,

é necessário desenvolver fechamentos laminados ou de outros materiais.

A madeira designada por laminada consiste em pranchas extraídas da melhor fibra da

madeira, cortando a árvore longitudinalmente. Essas pranchas são sobrepostas coladas

(com produtos derivados de fenóis), encaixadas ou parafusadas, e permitem a construção

de peças de eixo curvo e seção variável ao longo do comprimento.

Para a produção dos componentes de espaços temporários, flexíveis e de formas livres, é

adequado o uso do painel OSB, utilizado como material de vedação e constituído de tiras de

madeira de reflorestamento. Suas fibras são orientadas em camadas perpendiculares e as

produção contempla as dimensões 1,22 x 2,44m. Algumas de suas características são:

rigidez, propriedades isolantes e capacidade de

absorção de solicitações diversas. Possui grande

aplicação na construção de moradias de todos os

tipos e é encontrado em pisos, paredes, vigas de

perfil I, escadas, forros, coberturas, tapumes,

barracões, bandejas de proteção, móveis, auto-

falantes, divisórias e embalagens (como bins e

pallets). Uma empresa de destaque na fabricação

desse material no Brasil é a Masisa.


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Fig. 44: Cobertura de placas OSB. Fonte: www.arcoweb.com.br.

A linha Masisa OSB tem muitos benefícios como substrato para coberturas. Combinando as

propriedades naturais da madeira à tecnologia do processo de fabricação, oferece rigidez,

uniformidade e durabilidade. Assim, é eliminada a possibilidade de vazios, nós internos e

desperdícios por falhas nos painéis.

Já é bastante comum o fechamento com OSB de casas com steel framing e o emprego em

coberturas, por exemplo. Apesar da aparência de

aglomerado, que é frágil devido à destruição da

fibra, a resistência é característica notável do OSB,

que pode vir a ajudar no funcionamento geral da

estrutura. Para a durabilidade, o cuidado maior deve

ser tomado na execução da obra: é essencial cobrir

com papelão alcatroado as paredes externas da

casa e não lavar pisos desprotegidos. Isso isola a

umidade e evita a proliferação de fungos.

Projeto e Experimentação Prática

Na 4ª etapa, que previa a elaboração de um projeto, pensou-se em opções para ser corte

posterior e teste de acordo com estruturas já conhecidas. Antes do corte a laser, foram

feitos modelos físicos a mão para comparar o impacto dos dois tipos de corte e a eficiência

das formas. Foram elaborados cinco projetos, cada um baseado num elemento construtivo

real, sendo o primeiro modelo baseado num ambiente temporário de Alan Dempsey:

Fig. 45: Projeto de espaço público de exposições com duração temporária feito por Alan Dempsey, em Londres. Fonte www.alandempsey.co.uk.


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Fig. 46: Vistas tiradas do modelo digital do projeto supracitado de Alan Dempsey. Fonte www.alandempsey.co.uk.

Ele utiliza formas curvilíneas e assimétricas, explorando o enfoque na customização. A

altura das peças principais da estrutura se repete no Modelo 1:

a

Em seguida, foi feita uma variação, o Modelo 2. modificando as alturas e peças de ligação:

ja

Depois, o Modelo 3, cujas peças são todas em forma de arco, partindo do conhecido

princípio da meia concha. Ele abre uma espécie de cobertura que poderia servir, na vida

real, como cobertura de palco num show ou mobiliário urbano (ponto de ônibus ou

“fosterito”, nome dado a um tipo de estação de metrô que utiliza formas curvas, em

homenagem a seu idealizador, o arquiteto Norman Foster). Quanto às curvaturas dos arcos

e distâncias dos cortes, foram calculados cuidadosamente para o êxito da montagem.

Então, um modelo que consiste num teste digital dos modelos fechados em arco,

construídos a seguir, a mão. É uma maneira de testar a eficiência do modelo, eliminando os

problemas que podem existir em decorrência de eventuais diferenças dimensionais

Fig. 47: Desenho das peças do Modelo 1, construídas em AutoCAD. Fonte: autora, 2010.




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milimétricas, facilmente sanáveis no corte a laser. E, por último, o Modelo 3, uma melhoria

do anterior, que procura a maior resistência e auto-suficiência desse conjunto estrutural.

Resultados e discussão

A 5ª e a 6ª etapas se interseccionaram em alguns

momentos, como previsto no cronograma. Assim,

concomitantemente à produção de modelos físicos

derivados de modelos digitais, foi sendo feita a

realização de ensaios com modelos físicos.

Os primeiros modelos físicos foram construídos de

maneira artesanal e individual, em papel Paraná de 1 e

2mm de espessura. Os desenhos das peças foram

inicialmente feitos no AutoCAD, impressos, colados

sobre o papel e cortados a mão, com estilete. Todo o

processo de montagem dos modelos, desde a

disposição das peças até a forma final, foi fotografado.

Modelo 5: cobertura curva, semelhante à desenvolvida

no projeto do Serpentine Gallery 2005, de Álvaro Siza

e Eduardo Souto de Moura. Foi assimilado que possui de dois tipos de peça, e tentou-se

reproduzir cada uma em repetição, na escala 1:100, para criar um primeiro efeito de

cobertura e testar sua eficiência.


Fig. 51: Peças do Modelo 5. Fonte: autora, 2010.


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Peças iguais ficam sempre dispostas no mesmo sentido, e no furo central de cada peça se

acomodam os encaixes de duas peças perpendicularmente, vindo um de cada lado. Quanto

à forma de produção, é utilizado um novo conceito da construção em madeira.

Somente a partir de encaixes, o modelo vai sendo montado e, por si só, se contraventa,

formando gradualmente uma cobertura curva semelhante à do Serpentine Gallery,

construído em maior escala.

O Modelo 6 trabalha com uma estrutura de forma curva em

repetição. Os componentes são iguais e ligados por peças

lineares de igual forma e dimensão, a partir de dois tipos de

encaixe: perpendicular, vincando a vigota, e transversal, onde

a vigota atravessa o modelo na direção da forma principal.

Fig. 52: Modelo 5 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010.

Fig. 53: Finalização da montagem do Modelo 5. Fonte: autora, 2010.

Fig. 54: Peças e processo de montagem do Modelo 6. Fonte: autora, 2010.


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No Modelo 7, a estrutura também é curva em

repetição, porém fechada. Da mesma maneira que

no modelo anterior, as peças são iguais e ligadas

por peças lineares de igual forma e dimensão,

porém com agora três tipos diferentes de encaixe:

perpendicular, com encaixe por sobreposição,

transversal, onde a vigota atravessa totalmente o

modelo na mesma direção da forma principal, e

perpendicular, numa variação do transversal,

também atravessando a peça maior.

Neste modelo avaliamos a mudança de inércia em função da posição da peça, e o teste

permitiu obter conclusões mais profundas em relação aos anteriores. Primeiramente,

demonstra que a vigota possui baixa eficiência quando passada perpendicularmente à fibra

(“deitada”). Isso fica mais claro considerando que quem enrijece o conjunto é a viga (em um

sistema ineficiente, a peça fica na menor inércia). Além disso, há um nítido ganho de rigidez

no conjunto quando há passagem conjunta de vigotas, e a maneira de fixação delas define a

rigidez do conjunto. Outra implicação desse modelo é que, quando produzido manualmente,

o conjunto apresenta distorções maiores, pois as peças se desencontram na própria

montagem (que tem peças “em pé”, “deitadas” e sobrepostas).




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Numa construção totalmente por encaixes, pode-se ver que,

analogamente a uma construção em maior escala, como a de uma

ambiente a ser utilizado para exposições, as peças de espaços

temporários construídos pelo sistema de encaixes podem ser

transportadas facilmente. No caso da construção manual desses

modelos físicos reduzidos para teste, as peças eram transportadas

simplesmente em um saco plástico tamanho A4.

O Modelo 8 é uma variação da estrutura fechada

do modelo anterior. Nessa etapa, testou-se

apenas a ligação constatada como mais eficiente

no contraventamento e no encaixe (que é feito por

sobreposição), porém com um detalhamento

maior: tanto a peça principal quanto a linear

possuem dentes em locais específicos e repetidos,

para que o encaixe seja feito nas partes das duas peças e não ocorra deslizamento de uma

peça sobre a outra. Nesse tipo de encaixe, a largura da peça curva é a mesma da peça

linear (uma peça “entra” completamente na outra sem avançar para fora de uma das peças,

como nos modelos anteriores). A passagem das vigotas paralelamente às fibras enrijece o

conjunto, que trabalha na maior inércia. Não há movimento das peças entre si. Quanto

maior a altura da viga, maior a resistência da peça à flexão.

Quanto ao corte a laser, cujo processo de corte de quatro modelos diferentes durou em

torno de duas horas, a montagem das peças também foi fotografada em etapas, para

entender como se deu o teste. Os modelos projetados na 4ª etapa têm como característica

Fig. 57: Peças do Modelo 7 em saco plástico. Autora: Mariana Motta Cugnasca.





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comum o posicionamento das peças de maneira a obter a maior inércia para vencer o vão

proposto.

No Modelo 7, onde as peças principais são iguais entre si e

as vigas também, a sequência de encaixes trava o conjunto

de maneira bastante satisfatória. Os resultados são

semelhantes aos obtidos nos testes com modelos cortados a

mão, com a diferença de que o corte a laser sana problemas

de encaixes incompatíveis. Nas duas últimas fotos, vê-se que

as peças ficam perfeitamente alinhadas e o conjunto é firme,

podendo ser analogamente comparado a estruturas reais de

formas curvas que vencem grandes vãos. O modelo

apresenta imperfeições mínimas, mas que claramente não

decorrem do processo de corte a laser, e sim do material

utilizado. Em testes com papel Paraná e derivados, ocorrem

pequenas falhas no processo de montagem notadas em

extremidades e nas espessuras próximas aos entalhes.

Já no Modelo 9, essas imperfeições tornam-se

mais evidentes, uma vez que as peças têm o

mesmo formato porém alturas variadas, que as

vigas acompanham fazendo curvas sutis. Nesse

teste, apesar do encaixe perfeito que o laser

permite, o conjunto final não parece intertravado

e resistente como o primeiro, pois as peças

fletem ligeiramente com a montagem e o

material não chega a ceder, mas se fragiliza perto dos pontos de encontro defasados

(fendas). Pode-se constatar que um travamento mais satisfatório só seria possível se o

material utilizado fosse mais resistente. Assim, comparando os dois modelos, que são

variações sobre um mesmo tema, é possível afirmar que o primeiro possui uma resistência

maior, mesmo com um material mais mole do que a madeira, e isso o torna mais auto-

portante do que o segundo.

Fig. 61: Modelo 8 montado. Fonte: autora, 2010.




20

No Modelo 10, que simula uma cobertura semelhante à de

um ponto de ônibus (ou de uma estação de metrô), os

resultados observados são semelhantes aos do segundo

modelo: conjunto de encaixe satisfatório graças à perfeição

dos encaixes feitos pelo laser, porém algumas falhas no

conjunto final devido ao material utilizado. Isso se confirma,

inclusive, fazendo a experiência de desmontar e montar o

modelo novamente: o papel permite que os encaixes se

afrouxem minimamente, comprometendo o resultado do

modelo a cada desmontagem e nova tentativa de

montagem. O que se percebe de diferente nesse caso é

que, devido ao fato de o formato das peças ser calculado

precisamente e favorecer um conjunto mais

satisfatoriamente travado entre si, há uma espécie de

compensação sobre as deformações permitidas pelo

material, já que, mesmo que se deformem

longitudinalmente, a presença de mais peças e a posição na

montagem sana o problema a cada encontro e encaixe.

No Modelo 11, as doze peças lineares repetidas ligam cada um dos cinco anéis. Para obter

resistência ao cisalhamento das peças entalhadas em madeira, a altura do entalhe deve ter

menos de 25% da altura da peça (altura menor > 0,75 altura maior), contanto que todas as

fendas tenham a mesma altura num único modelo. Esse projeto trabalha com o valor limite

estabelecido por essa norma (NBR 7190: 1997).



Fig. 66: Modelo 10 em processo de montagem. Fonte: autora,

2010.

Fig. 67: Finalização da montagem do Modelo 10.

Fonte: autora, 2010.


21

Em algumas fotos, é possível ver as marcas do corte a

laser no material – cujo resultado na hora da montagem é,

naturalmente, muito mais preciso do que nos modelos

cortados a mão. A máquina também cortou os números

previamente desenhados em cada peça para facilitar a

montagem. Ao final, o modelo se torna uma estrutura rígida

e contraventada por todos os lados, tendo sido construído

em papel tipo Paraná de espessura 1mm. Assim, presume-

se a resistência relativa do material (que, ao mesmo tempo

que se mostra passível de corte com estilete, propicia a

criação de modelos com extrema rigidez). Isso significa que

a rigidez do conjunto está diretamente ligada às

características das peças (tamanho, tipo e espessura dos

encaixes, disposição etc.) e ao modo como a estrutura é

criada (com pontos de contraventamento e exploração da

maior inércia das peças).

Foi estabelecido, então, o seguinte foco para o fechamento da pesquisa: contemplar em

novos modelos de teste a curvatura em questão e as fases finais de um projeto real de

espaço temporário. A partir desse foco, foram pensados e executados mais três modelos

(12, 13 e 14), explorando as formas curvas e a perfeição do encaixe das peças para essa

construção de modo mais complexo, além de vedações e piso e suas propriedades de




22

encaixe e contribuição para a rigidez do conjunto. Os dois primeiros modelos se ativeram ao

esqueleto do projeto, enquanto o último procurou entrar no campo projetual de um espaço

real, dotado dos componentes mais fundamentais do projeto arquitetônico.

O Modelo 12 consiste numa cobertura em forma de canoa invertida, porém de forma

assimétrica. É planar, curvo, relativamente longilíneo e bastante particionado, e há muita

diferença entre as peças. Sua seção é única, mas a geometria é complexa. As peças

isoladas são muito frágeis devido à esbelteza e às limitações que o próprio papel Paraná

oferece. Ao longo da montagem, o modelo foi ganhando grande rigidez em comparação com

a delicadeza das peças, e os encaixes tornaram o conjunto final intertravado e estável.

Mesmo assim, foram verificados vários pontos de flexibilidade após o teste.



23

O Modelo 13 pode ser considerado uma variação do anterior e também é planar, mas

apresenta maior rigidez estrutural e estabilidade. Além disso, sua produção acaba sendo

barateada em relação à do primeiro modelo devido ao fato de sua seção poder ser menos

fragmentada e, portanto, possuir menos componentes. É importante observar que ambos os

modelos, desenhados com a ajuda de programas gráficos, como o AutoCad e o Rhinoceros,

adquiriram a forma final muito próxima da elaborada durante a concepção.

Por fim, o último modelo, o Modelo 14 é o mais completo do ponto de vista projetual:

abrange estrutura e envoltória (ou vedações). É composto, basicamente, de cinco pórticos

com vincos regularmente dispostos e ligados por vigas. Um piso foi concebido com

espessura suficiente para travar os pórticos que “chegam” ao chão, e a cobertura possui

painéis que ajudam a intertravar o modelo. Ao longo da construção, verificou-se o fenômeno

de torção no volume em geral, que foi sendo amenizado com a introdução de mais vigas e

visivelmente reduzido com a introdução das placas de cobertura. Nos projetos de cobertura,

como nesse modelo, a vedação pode ajudar no comportamento global da estrutura e

diminuir a quantidade de contraventamento.



24

Fig. 72: Modelo 14 em processo de montagem. Autora: Fonte: autora, 2010.


25

Conclusões Finais

A presente pesquisa procurou investigar formas ousadas e complexas, similares às

contemporâneas. Os testes se iniciaram com modelos de cunho puramente formal, não

necessariamente reproduzindo algum espaço do real ou função específica. Ao longo das

experimentações, passou-se a buscar melhores apoios para as coberturas.

A partir dos estudos de casos buscou-se, incessantemente, por variados modelos, testar os

vários tipos de encaixes de madeira. Nesta busca, pôde-se observar que estas coberturas

podem servir a variadas funções. Tanto o projeto do Serpentine Gallery, como o projeto de

Alan Dempsey serviram como inspiração para estudos de estruturas curvilíneas destinadas

tanto para mobiliário urbano, como um ponto de ônibus, como coberturas de maiores

dimensões.

Nos modelos manuais, o grande teste foi alternar a direção entre as peças, ou seja, projetar

novos modelos nos quais os encaixes se encontrassem na direção contrária à testada

anteriormente.

Foi dedicada uma atenção especial para a idealização e construção de modelos de

coberturas e estruturas abertas, pois tanto a variação de modelos como a sequência de

testes permitiram concluir que os modelos fechados são sempre mais resistentes do que os

abertos, independentemente de sua forma ou do material empregado na sua construção.

Nos modelos arqueados, a repetição de arcos se intensificou no momento em que se

percebeu uma melhor possibilidade de avaliar o material obtido como um todo com uma

estrutura contínua. Por isso, pode-se dizer que modelos com cinco arcos dão maior noção

do real em termos de estabilidade por meio do encaixe do que modelos com três arcos.

O contraventamento das peças foi testado com encaixes posicionados em diferentes

sentidos na peça cortada, sendo percebido que a segunda maneira é a mais eficaz no

sentido de travar a estrutura como um todo e evitar ao máximo uma possível mobilidade das

peças entre si.

A curvatura nos modelos foi explorada a partir de peças com inúmeros tamanhos de raios,

exemplificando a possibilidade de criar formas livres sem limitações de construção. O teste

de diferentes esqueletos demonstrou a importante relação entre a utilização de um material

essencialmente plano para a construção de modelos predominantemente curvos.

Desse modo, procurou-se cercar completamente o processo de pesquisa com minúcias

construtivas e cuidados na execução de cada peça, seja no corte manual ou digital. Assim, o

intuito foi acurar ao máximo cada comparação, visando ter em mãos resultados confiáveis

para a execução de um relatório final competente.


26

Diversas questões técnicas foram aproveitadas ao longo da construção da pesquisa, não só

por meio da execução fiel das etapas, mas também por imaginar qual seria a melhor

maneira de executar cada uma delas, e se haveria alternativas mais eficazes. Foi esse

estudo incansável que pôde trazer ao trabalho um conjunto de conclusões importantes e

que fizeram valer um ano de pesquisa no assunto em questão.

A respeito do objeto central da pesquisa, os encaixes, foi possível notar, com clareza, que,

quanto mais encaixes, mais resistência. Porém, encaixes em demasia fragilizam a peça,

deixando-na sem a base principal de ação.

Quando ao elemento mais simplificado e puro do encaixe, a fenda em si, no que se refere a

uma das partes do encaixe somente, concluiu-se que duplicar a distância das fendas pode

distorcer o elemento. Para resultados mais satisfatórios, ele deve ser testado com menos

compressão perpendicular (com a qual é sabido que a madeira trabalha pior do que com

esforços paralelos à fibra).

Já tratando de um outro elemento inteiro do conjunto estrutural, a viga, foi estudado que

determinados tipos de fendas e vigas muito altas impedem que o modelo seja fielmente

testado quanto ao travamento geral e a solidez obtida no final do processo de teste, já que

acabam se sobressaindo no processo de divisão de esforços e distorcem a percepção de

trabalho do modelo final. Assim, quando a altura das vigas for considerada excedente no

modelo (de acordo com os estudos aqui presentes, maiores do que duas vezes o tamanho

da fenda utilizada), devem ser intercaladas vigas de maior e menor altura.

Ainda sobre as vigas, são elas que dão a chamada “portância” ao modelo. Isso ocorre

porque, independentemente da forma que se desenhe na “casca” (seja ela uma cobertura

de formas assimétricas e curvilíneas ou de traços retos e comportamento estrutural mais

previsível), são as vigas que intertravam o “lego” como um todo.

No seguimento final da pesquisa, foi trabalhado o eixo de materialização projetual – ou seja,

execução em pequena escala de um pequeno projeto de espaço flexível incluindo as fases

necessárias para a finalização, como estrutura, vedação lateral (envoltória), piso e

cobertura. Isso trouxe novas perspectivas de pesquisa no momento em que as peças que

são tidas como não estruturais, como as pertencentes aos três últimos grupos citados,

passaram a influenciar no comportamento do conjunto. Foi experimentada, então, a

possibilidade de acrescentar rigidez e menor possibilidade de movimento da estrutura com a

introdução de peças aparentemente anexas (piso, paredes e teto). Assim, conclui-se que o

modelo, apesar de não depender dessas peças para ser erguido e enrijecido, ganha maior

estabilidade quando contraventado, de certa maneira, por novas peças não estruturais.


27

Como detalhada na metodologia, a estrutura do trabalho foi a comparação de modelos e a

busca recorrente por sanar os problemas que a estrutura apresentava a cada etapa,

mostrando que é sempre possível aperfeiçoar um protótipo até que ele atenda às

necessidades ambicionadas e possa, no mercado das obras de arquitetura originárias da

fabricação digital, trazer as alternativas mais rápidas, de montagem mais simples e fácil,

menos agressivas ao meio ambiente, mais adequadas às demandas do mercado

consumidor e também mais lucrativas.

Portanto, foi concluído em detalhes um longo processo de investigação científica acerca da

modelagem e fabricação digital customizada, englobando a ideia projetual, o corte, a

prototipagem, o registro fotográfico e a descrição detalhada de cada etapa. Sem dúvida,

todo o processo de pesquisa foi de grande valia para o conjunto de estudos da fabricação

digital em madeira que vem sendo desenvolvido junto à comunidade científica.

Agradecimentos: Ao LAPAC – Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura

e Construção – da FEC UNICAMP, para a confecção das peças em papel Paraná.

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mariana motta

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