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Mariana motta

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Em parceria com a Professora Helena Abascal, publicamos os relatórios das pesquisas realizados por alunos da fau-Mackenzie, bolsistas PIBIC e PIVIC. O Projeto ARQUITETURA TAMBÉM É CIÊNCIA difunde trabalhos e os modos de produção científica no Mackenzie, visando fortalecer a cultura da pesquisa acadêmica. Assim é justo parabenizar os professores e colegas envolvidos e permitir que mais alunos vejam o que já se produziu e as muitas portas que ainda estão adiante no mundo da ciência, para os alunos da Arquitetura - mostrando que ARQUITETURA TAMBÉM É CIÊNCIA.

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  1. 1. Universidade Presbiteriana MackenzieESTUDO DO PROCESSO CONSTRUTIVO EM MADEIRA DE ESPAÇOS TEMPORÁRIOSE FLEXÍVEIS POR MEIO DE MODELOS FÍSICOSMariana Motta Cugnasca (IC) e Wilson Florio (Orientador)Apoio: PIBIC CNPqResumoA presente pesquisa investiga a utilização dos encaixes de madeira na arquitetura contemporânea. Oestudo pretendido busca a produção industrializada em série, customizada, e a execução de peçasem larga escala, tendo em vista a redução de custos de componentes construtivos. O processo defabricação digital pesquisado foi o corte a laser. Na iniciação científica, foram estudados tipos deconstruções efêmeras, com aplicações do sistema construtivo em madeira. O intuito foi entender eaplicar conhecimentos do uso da madeira em espaços temporários a partir de modelos físicos emodelos digitais. O estudo foi desde a ideia até a sua materialização, de maneira a percorrer todo oprocesso. Além disso, o modo de produção contemporâneo foi aplicado na concepção da obra e noprocesso construtivo. Para tanto, foram desenvolvidos modelos volumétricos, alguns cortadosmanualmente e, outros, a laser. Cada modelo foi devidamente testado e fotografado para a análisedos resultados dos experimentos físicos e a interação com o processo de fabricação digital.Palavras-chave: construção em madeira, sistemas construtivos, modelos físicosAbstractThis research investigates the use of wooden fittings in contemporary architecture. The study intendedto search the industrialized production in series, customized, and implementation in large-scale piecesin order to reduce costs of building components. The digital fabrication process investigated was thelaser cut. In basic scientific research, were studied ephemeral building types, with applications in woodconstruction system. The aim was to understand and apply knowledge of the use of wood intemporary spaces from physical models and digital models. The study was between the idea and itsembodiment in order to go through the whole process. Thus, the contemporary production methodwas applied to the conception of the work and the construction process. To that end, volumetricmodels were developed, some hand cut and others by laser cutting. Each model has been tested andphotographed for analysis of the results of physical experiments and interaction with the process ofdigital fabrication.Key-words: timber construction, constructive systems, physical models 1
  2. 2. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011IntroduçãoA presente pesquisa investiga a utilização dos encaixes de madeira na arquiteturacontemporânea, particularmente em pavilhões efêmeros. A investigação abarca a produçãoindustrializada em série, a produção customizada e a execução de peças em larga escala,tendo em vista a redução de custos de componentes construtivos. Os recentesdesenvolvimentos tecnológicos digitais têm permitido avanços significativos na produção deelementos construtivos por meio da conciliação entre as técnicas tradicionais aliadas aosnovos sistemas de produção dos encaixes e junções de componentes. Como conseqüência,pode-se, atualmente, produzir formas regulares ou complexas. Portanto, a pesquisaexaminou os potenciais usos da madeira na concepção e construção de espaçostemporários e flexíveis, bem como a criação de formas livres.O processo de fabricação digital utilizado foi o de corte a laser. Este método requer apreparação de desenhos bidimensionais para construir modelos tridimensionais (SCHODEKet. al., 2005; CELANI e BERTHO, 2007; TAGLIARI e FLORIO, 2008). Assim, inicia-se com odesenho dos componentes construtivos em programas gráficos, como o AutoCAD,VectorWorks, Rhinoceros, entre outros. Com a cortadora a laser, pode-se cortar ou apenascriar vincos nos materiais, sempre determinados pela intensidade da potência do laser. Osvincos podem servir para representar a modulação de tábuas de madeira (TAGLIARI eFLORIO, 2008), tanto em elevação como na modulação do piso. Na pesquisa, objetivou-seutilizar os recursos para produzir modelos físicos em madeira por encaixes e sistemasmodulados.Por outro lado, desde o final do século XIX têm proliferado propostas para espaçosdestinados a eventos temporários. Galerias de exposição de grandes feiras industriais,espaços para feiras temáticas, pequenos stands de vendas, quiosques, abrigos paramoradia de trabalhadores em canteiro de obras e habitação de emergência estão entre asconstruções passíveis de serem construídas em madeira. No entanto, com a recenteintrodução da possibilidade de produzir detalhes, junções e encaixes (MARTINS JR., 2007),particularmente por meio de ferramentas de fabricação digital, pode-se estudar e produzirobras em madeira com maior grau de complexidade.Portanto, o presente estudo percorreu desde a concepção até a sua materialização, demaneira a entender todo o processo, ou seja, desde o estudo preliminar até o detalhamentode um protótipo com o uso da madeira em escala reduzida. Inicialmente, foram estudadassistematicamente as teses de doutorado e dissertações de mestrado voltadas para aconstrução de edifícios em madeira, em suas múltiplas possibilidades. Na sequência,apresentou uma visão geral das atividades recentemente desenvolvidas na área de 2
  3. 3. Universidade Presbiteriana Mackenziefabricação contemporânea de encaixes em madeira (e, particularmente, no estudo deprodução industrializada). A partir disso, o direcionamento foi especificamente àaplicabilidade na arquitetura efêmera, especialmente espaços temporários e flexíveis. Omodo de produção contemporâneo foi aplicado tanto na concepção da obra quanto naconstrução do projeto. Para tanto, foram utilizados modelos físicos e digitais tridimensionais,desenvolvidos com o propósito de testar, fisicamente, determinados comportamentosestruturais.Referencial teóricoEmbora o Brasil possua grandes reservas florestais – tanto na região Norte, de madeiranatural brasileira, quanto na região Sudeste, de madeira de reflorestamento – o uso damadeira na arquitetura ainda é incipiente no país. A madeira é um material natural, sendouma matéria prima permanentemente renovável (GÖTZ et. al., 1989; ESTUQUI, 2006).Utiliza pouca energia embutida, isto é, sua produção não envolve grandes gastosenergéticos, 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 seuemprego aliado às técnicas construtivas de alta tecnologia.O conceito de pequenas peças de madeira por encaixe tem suas origens no processochinês (BLASER, 1963). Além de serem de difícil aplicação em larga escala, essas técnicastradicionais envolviam grande precisão geométrica e extensos conhecimentos decarpintaria. Diante dessas dificuldades, foram sendo deixando de ser utilizadas até seremsubstituídas por outros tipos de ligações entre peças.No Brasil, os arquitetos Siegbert Zanettini (1980) e Marcos Acayaba (2007) utilizarammadeira com relativo sucesso na construção de residências durante as décadas de 1970 e1990 respectivamente. Atualmente, devido a crescente consciência ambiental, assim comoa possibilidade de aplicação de novas ferramentas com controle numérico em construções,esta técnica tem sido retomada em construções. Dois bons exemplos recentes da técnicade encaixes na cobertura é o Disney Ice, de Frank Gehry, (Anaheim, Califórnia, 1996), e oSerpentine Gallery Pavilion (Hyde Park, Londres, 2005), de Álvaro Siza e Eduardo Souto deMoura, em colaboração com Cecil Balmond (do escritório de engenharia Arup and Partners).Desde a Idade Média, arquitetos apresentam propostas de seus projetos também emmodelos físicos para compreensão, avaliação e apresentação (FLORIO, 2005). Nos últimosanos, 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 3
  4. 4. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011modelos físicos estavam presentes desde a Antiguidade, nem sempre os arquitetosconfiaram no uso de modelos físicos para desenvolver projetos de arquitetura.A proliferação e a complexidade de formas orgânicas de edifícios nas últimas décadas têmcontribuído para intensificar experimentações a partir de modelos físicos. A dificuldade étraduzir desenhos em modelos físicos e vice-versa, permitindo a produção de projetos emformas complexas. Nesse contexto, entraram os modelos físicos produzidos por tecnologiade fabricação digital: a prototipagem rápida. Com técnicas de modelagem e fabricaçãodigital (BEESLEY et. al., 2004; AITCHESON et. al., 2006) em anos recentes, pode-se, cadavez 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 últimosanos, a incorporação da prototipagem rápida como um meio de produção de modelos físicostem sido objeto de pesquisas, contribuindo para a fabricação dos componentes dasconstruções. Em pesquisas já realizadas sobre o assunto (SEELY, 2004; SASS, 2005;CHASZAR, 2005; VIEIRA, 2007; FLORIO et. al., 2007; PUPO, 2008;), nota-se novasoportunidades de conceber e detalhar mais apuradamente construções complexas, em trêsdimensões, pela relação entre modelos físicos e digitais.Na pesquisa realizada por Lawrence Sass e Marcel Botha (2006), uma residência emmadeira foi projetada e construída com todos os componentes e encaixes. Os elementosconstrutivos foram desenhados em 3D, subdivididos em superfícies planares 2D e enviadospara a máquina, que os cortou com pranchas de madeira compensada, produzindo peças eencaixes. A montagem do protótipo em escala 1:1 foi realizada sem grande esforço, pois osistema de encaixes e juntas facilitou o processo.Modelos físicos tridimensionais são dispositivos poderosos que ajudam as pessoas avisualizar 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), essahabilidade de interagir fisicamente com um modelo é importante para pensar o projeto. Defato, a experiência de projetar com modelos 3D ensina habilidades espaciais para arquitetosnão adquiridas facilmente através de outros meios (como desenho ou modelagem gráficacomputacional).Pode-se produzir artefatos em diferentes escalas e com geometrias mais complexas dedetalhes de encaixes, junções e entalhes com as tecnologias digitais (SCHODEK et. al.,2005; SASS, 2006). Consequentemente, esse tipo de estudo abre a possibilidade de criarmodelos (físicos e digitais) que representam melhor as funções, estruturas ecomportamentos dos objetos reais (e, essencialmente, permite ao arquiteto diferenciar, em 4
  5. 5. Universidade Presbiteriana Mackenzieseu trabalho, os materiais e processos de fabricação evoluídos dos decadentes ouobsoletos). Atualmente, um exemplo prático do uso intensivo de novas tecnologias se aplicana fase de finalização da construção da Igreja Sagrada Família, do arquiteto Antoni Gaudí. Apartir de programas como os de CAD, paramétricos ou de modelagem hoje disponíveis, sãofeitas tanto as modelagens geométricas quanto as avaliações estruturais do conjunto. Oprocesso, tal como o buscado ao longo da pesquisa, inclui produção sistemática demaquetes por impressão 3D.Pesquisa RealizadaA 1ª etapa contemplou basicamente o levantamento de dados, informações econhecimentos sobre técnicas e aplicações do sistema construtivo em madeira em espaçostemporários. Além disso, foram pesquisadas e lidas as principais obras e publicações quedariam base teórica para a pesquisa nas etapas seguintes. Algumas das imagenspesquisadas que sintetizam essa etapa estão aqui expostas, tendo servido de ponto departida 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. Fig. 3: Formas livres de madeira laminada e Fonte: www.serpentinegallery.org. conectores metálicos.Fonte: MORI, 2002. 5
  6. 6. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Fig. 4: Cobertura com estrutura reticulada com Fig. 5: Pórticos em seqüência Fig. 6: Formas curvilíneasum tipo de peça em bambu e conectores plásticos. e conectores metálicos. Fonte: de madeira laminada. Fonte: MORI, 2002. MORI, 2002. Fonte: MORI, 2002.Na 2ª etapa da pesquisa, foi feita uma seleção de obras para análise de espaçostemporários, flexíveis e com formas livres orgânicas, direcionando e filtrando as referênciaspesquisadas para o foco desejado na investigação em si. Na prática, isso foi feito por meiodo estabelecimento de relações entre as obras, em que se julgou interessante um estudomais aprofundado e os tipos de encaixes já obtidos na 1ª etapa. Abaixo, algumas das obrase seus respectivos encaixes (no caso, alguns são encaixes japoneses e outros são assambladuras propriamente ditas). Fig. 7: Pavilhão adjacente à Serpentine Gallery Fig. 8: Encaixes japoneses utilizados no de 2007, Olafur Eliasson e Kjetil Thorsen. pavilhão. Fonte: Fonte: www.serpentinegallery.org. www.estruturasdemadeira.blogspot.com. Fig. 9: Sambladura e encaixes utilizados no pavilhão. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com. 6
  7. 7. Universidade Presbiteriana MackenzieFig. 10: Serpentine Gallery Pavilion 2008, Frank Gehry. Fonte: www.serpentinegallery.org. Fig. 12: Encaixes japoneses utilizados no Fig. 11: Sambladuras utilizadas no pavilhão de 2008. pavilhão de 2008. Fonte: Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com. www.estruturasdemadeira.blogspot.com. Fig. 13: Foto interna do mesmo pavilhão, na qual se pode notar mais detalhes construtivos e estabelecer Fig. 14: Sambladuras utilizadas internamente norelações com tipos mais específicos de encaixes. Fonte: pavilhão de 2008. Fonte: www.serpentinegallery.org. www.estruturasdemadeira.blogspot.com. Fig. 15: Casa Baeta (Guarujá), com pilares Fig. 16: Detalhe da ligação ao concreto, isolando a que se dividem em diferentes direções. madeira da umidade: uso de conectores metálicos. Fonte: AFLALO, 2005. Fonte: AFLALO, 2005. 7
  8. 8. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Fig. 17: Serpentine Gallery Pavilion 2005 – Álvaro Siza e Eduardo Souto de Moura. Fonte: www.serpentinegallery.org. Fig. 19: Encaixes japoneses utilizados no pavilhão de 2005. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com. Fig. 18: Vista interna, na qual o mobiliário dá a noção da altura que a cobertura de construção Fig. 20: Sambladuras utilizadas no pavilhão de 2005. simples por encaixes pode ter. Fonte: Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com. www.serpentinegallery.org. Fig. 23: Encaixe japonês utilizado no Spaceball. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com. Fig. 24: Sambladuras utilizadas na Spaceball. Fonte: www.estruturasdemadeira.blogspot.com.Fig. 22: Spaceball, ICFF 2005 – Toshiko Mori. Fonte: www.tmarch.com. Fig. 26: Encaixes japoneses utilizados no museu. Extraído de (site Estruturas de Madeira).Fig. 25: Nemunoki Art Museum, Shigeru Ban Fig. 27: Sambladuras utilizadas no museu. Fonte: Architects. Fonte: MORI, 2002. www.estruturasdemadeira.blogspot.com. 8
  9. 9. Universidade Presbiteriana Mackenzie Fig. 28: Sistema de pilar e viga no Fig. 29: Detalhes de encaixes usados pelos japoneses. Japão: entramado pesado. Fonte: Fonte: SCHNEIDER, 2005. SCHNEIDER, 2005. Fig. 30: Desenho de alguns encaixes Fig. 31: Aeroporto de Stansted, Fig. 32: Com o pilar em uma japoneses para tentar entender melhor Londres: a denominada única direção, é a laje que divide seu funcionamento, feito no SketchUp. “solução em árvore”. Fonte: os esforços da estrutura. Fonte: Fonte: autora, 2010. AFLALO, 2005. MORI, 2002.Na 3ª etapa, foram estudadas técnicas de modelagem digital 3D e técnicas de fabricaçãodigital 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 possívelentender como o processo se aplica em cada caso específico da área de interesse, acomeçar pelo estudo do encontro de pequenas peças.A composição desses elementos pode ser usadaintuitivamente na criação de espaços, do mesmomodo que com o LEGO, a partir de encontros(cantoneiras), paredes e fechamentos. Poucasformas-base associadas permitem um númeroconsiderável de tipos de encaixes. Fig. 33: Elementos compositivos análogos aos do brinquedo LEGO. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008. 9
  10. 10. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Com um processo análogo ao da construção gramatical (de frases a partir de palavras, sobcerto método), pode-se conseguir muitos encaixes. Ou seja, as regras que alicerçam ométodo permitem o alcance de infinitos objetos, apenas se baseando na adição e nasubtração de elementos consecutivamente.Uma pequena mudança na regra de transformaçãoimplica em variações da forma global, característicaque enriquece esse tipo de construção. Cadaelemento se relaciona com o outro e a composiçãofinal varia de acordo com essa relação deinterdependência. Softwares CAD usam arquivos deformato como DXF, por exemplo, para computar cadaprojeto num banco de dados. Elementos comopontos, linhas, curvas e superfícies têm dadosespecíficos de estruturas que permitem à geometria Fig. 34: Estudo tridimensional que mostra asser construída e reconstruída matematicamente no relações entre as peças construindo novas peças. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.desenvolvimento do modelo.Como um banco de dados, cada programa pode classificar e ordenar diferentes dados, sejapelo tipo de construção ou de sua relação com a prática (fabricação digital). Para construir omodelo proposto, é estudada a tolerância dos diferentes materiais, bem como sua esbeltezae modulação estrutural, e, assim, definir seu tipo de aplicação e empregá-lo da maneiramais proveitosa possível.O desempenho estrutural dos objetos que resulta numprocesso sequencial de adição e subtração não é,entretanto, necessariamente desejável. A figura aolado mostra a complexidade da ligação trabalhadapelo autor do protótipo.As mais diversas sequências de formas podemderivar de um mesmo objeto, que é muito simples:uma caixa fechada. Da mesma maneira, infinitasvariações do projeto podem ser executadas nesseobjeto. É um processo lógico que dispensa as regrastradicionais e pode ser descrito computacionalmentede maneira fácil por uma sequência de etapas usadaspara derivar o projeto. Fig. 35: Sequência de montagem de peças de corte digital. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008. 10
  11. 11. Universidade Presbiteriana MackenzieFig. 36: Ampliação das peças estilo “LEGO” e como Fig. 37: Sequencia de montagem de peças de podem ser feitas as junções entre elas, sejam corte estilo “LEGO” até que se construa um dos usadas inteiras ou em frações. Fonte: CARDOSO; cantos de um possível objeto fechado. SASS, 2008. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.Apesar de o sistema em questão trabalhar comderivações, tal como os galhos de uma árvore, pode-se, a qualquer momento, voltar ao “nível” inicial erecuperar a tipologia original do objeto – já que omodelo pode se adaptar facilmente a diferentesmateriais e formas. Duas estruturas similaresresultam em objetos diferentes quando as peças são Fig. 38: Sequencia da construção de um objeto maciço a partir somente de peças idênticas.posicionadas de modo diferente no arquivo digital. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008. Fig. 39: Tela de programa usado para construir Fig. 40: Diversas vistas de objetos montados virtualmente modelos para futuro corte digital. exclusivamente a partir de peças cortadas digitalmente. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.Quanto às cantoneiras, podem variar quando construídas automaticamente pelo modeloquando a forma ou o material da caixa muda. Os protótipos mostram que, pelo tamanhoreduzido, os elementos estruturais são de fácil substituição e acabam por compensar oserros provenientes do “curvamento” de placas de madeira compensada. Assim, não énecessário desentortar as peças, já que a “deformação” tem impacto negativo nos painéis.Em casos extremos, o painel é retirado da estrutura para ser endireitado. 11
  12. 12. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Fig. 42: Detalhe da “deformação” das placas de madeira compensada. Fonte: CARDOSO; SASS, Fig. 41: Ampliação das cantoneiras utilizadas na 2008. construção do objeto. Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.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 émuito baixo em relação aos demais materiais utilizados na construção civil). Comopeculiaridade natural, tem a garantia de fixação de gás carbônico fixo na tora por anos eanos sem que ele volte para a atmosfera, e é mais leve que o aço e o concreto. Éimportante 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 damadeira, cortando a árvore longitudinalmente. Essas pranchas são sobrepostas coladas(com produtos derivados de fenóis), encaixadas ou parafusadas, e permitem a construçãode peças de eixo curvo e seção variável ao longo do comprimento.Para a produção dos componentes de espaços temporários, flexíveis e de formas livres, éadequado o uso do painel OSB, utilizado como material de vedação e constituído de tiras demadeira de reflorestamento. Suas fibras são orientadas em camadas perpendiculares e asprodução contempla as dimensões 1,22 x 2,44m. Algumas de suas características são:rigidez, propriedades isolantes e capacidade deabsorção de solicitações diversas. Possui grandeaplicação na construção de moradias de todos ostipos e é encontrado em pisos, paredes, vigas deperfil I, escadas, forros, coberturas, tapumes,barracões, bandejas de proteção, móveis, auto-falantes, divisórias e embalagens (como bins epallets). Uma empresa de destaque na fabricação Fig. 43: Vedação de placas OSB. Fonte:desse material no Brasil é a Masisa. www.arcoweb.com.br. 12
  13. 13. Universidade Presbiteriana MackenzieA linha Masisa OSB tem muitos benefícios como substrato para coberturas. Combinando aspropriedades naturais da madeira à tecnologia do processo de fabricação, oferece rigidez,uniformidade e durabilidade. Assim, é eliminada a possibilidade de vazios, nós internos edesperdícios por falhas nos painéis.Já é bastante comum o fechamento com OSB de casas com steel framing e o emprego emcoberturas, por exemplo. Apesar da aparência deaglomerado, que é frágil devido à destruição dafibra, a resistência é característica notável do OSB,que pode vir a ajudar no funcionamento geral daestrutura. Para a durabilidade, o cuidado maior deveser tomado na execução da obra: é essencial cobrircom papelão alcatroado as paredes externas dacasa e não lavar pisos desprotegidos. Isso isola aumidade e evita a proliferação de fungos. Fig. 44: Cobertura de placas OSB. Fonte: www.arcoweb.com.br.Projeto e Experimentação PráticaNa 4ª etapa, que previa a elaboração de um projeto, pensou-se em opções para ser corteposterior e teste de acordo com estruturas já conhecidas. Antes do corte a laser, foramfeitos modelos físicos a mão para comparar o impacto dos dois tipos de corte e a eficiênciadas formas. Foram elaborados cinco projetos, cada um baseado num elemento construtivoreal, 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. 13
  14. 14. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Fig. 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. Aaltura das peças principais da estrutura se repete no Modelo 1:a Fig. 47: Desenho das peças do Modelo 1, construídas em AutoCAD. Fonte: autora, 2010.Em seguida, foi feita uma variação, o Modelo 2. modificando as alturas e peças de ligação: Fig. 48: Desenho das peças do Modelo 2, construídas em AutoCAD. Fonte: autora, 2010.ajDepois, o Modelo 3, cujas peças são todas em forma de arco, partindo do conhecidoprincípio da meia concha. Ele abre uma espécie de cobertura que poderia servir, na vidareal, 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, emhomenagem a seu idealizador, o arquiteto Norman Foster). Quanto às curvaturas dos arcose distâncias dos cortes, foram calculados cuidadosamente para o êxito da montagem. Fig. 49: Desenho das peças do Modelo 3, construídas em AutoCAD. Fonte: autora, 2010.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 osproblemas que podem existir em decorrência de eventuais diferenças dimensionais 14
  15. 15. Universidade Presbiteriana Mackenziemilimétricas, facilmente sanáveis no corte a laser. E, por último, o Modelo 3, uma melhoriado anterior, que procura a maior resistência e auto-suficiência desse conjunto estrutural. Fig. 50: Desenho das peças do Modelo 4, construídas em AutoCAD. Fonte: autora, 2010.Resultados e discussãoA 5ª e a 6ª etapas se interseccionaram em algunsmomentos, como previsto no cronograma. Assim,concomitantemente à produção de modelos físicosderivados de modelos digitais, foi sendo feita arealização de ensaios com modelos físicos.Os primeiros modelos físicos foram construídos demaneira artesanal e individual, em papel Paraná de 1 e2mm de espessura. Os desenhos das peças foraminicialmente feitos no AutoCAD, impressos, coladossobre o papel e cortados a mão, com estilete. Todo oprocesso de montagem dos modelos, desde adisposição das peças até a forma final, foi fotografado. Fig. 51: Peças do Modelo 5. Fonte:Modelo 5: cobertura curva, semelhante à desenvolvida autora, 2010.no projeto do Serpentine Gallery 2005, de Álvaro Sizae Eduardo Souto de Moura. Foi assimilado que possui de dois tipos de peça, e tentou-sereproduzir cada uma em repetição, na escala 1:100, para criar um primeiro efeito decobertura e testar sua eficiência. 15
  16. 16. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Peças iguais ficam sempre dispostas no mesmo sentido, e no furo central de cada peça seacomodam os encaixes de duas peças perpendicularmente, vindo um de cada lado. Quantoà forma de produção, é utilizado um novo conceito da construção em madeira. Fig. 52: Modelo 5 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010.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. Fig. 53: Finalização da montagem do Modelo 5. Fonte: autora, 2010.O Modelo 6 trabalha com uma estrutura de forma curva emrepetição. Os componentes são iguais e ligados por peçaslineares de igual forma e dimensão, a partir de dois tipos deencaixe: perpendicular, vincando a vigota, e transversal, ondea vigota atravessa o modelo na direção da forma principal. Fig. 54: Peças e processo de montagem do Modelo 6. Fonte: autora, 2010. 16
  17. 17. Universidade Presbiteriana MackenzieNo Modelo 7, a estrutura também é curva emrepetição, porém fechada. Da mesma maneira queno modelo anterior, as peças são iguais e ligadaspor 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 omodelo na mesma direção da forma principal, eperpendicular, numa variação do transversal, Fig. 55: Peças do Modelo 7. Fonte: autora,também atravessando a peça maior. 2010.Neste modelo avaliamos a mudança de inércia em função da posição da peça, e o testepermitiu 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 umsistema ineficiente, a peça fica na menor inércia). Além disso, há um nítido ganho de rigidezno conjunto quando há passagem conjunta de vigotas, e a maneira de fixação delas define arigidez do conjunto. Outra implicação desse modelo é que, quando produzido manualmente,o conjunto apresenta distorções maiores, pois as peças se desencontram na própriamontagem (que tem peças “em pé”, “deitadas” e sobrepostas). Fig. 56: Modelo 7 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010. 17
  18. 18. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Numa construção totalmente por encaixes, pode-se ver que,analogamente a uma construção em maior escala, como a de umaambiente a ser utilizado para exposições, as peças de espaçostemporários construídos pelo sistema de encaixes podem sertransportadas facilmente. No caso da construção manual dessesmodelos físicos reduzidos para teste, as peças eram transportadassimplesmente em um saco plástico tamanho A4. Fig. 57: Peças do Modelo 7 em saco plástico. Autora: Mariana Motta Cugnasca.O Modelo 8 é uma variação da estrutura fechadado modelo anterior. Nessa etapa, testou-seapenas a ligação constatada como mais eficienteno contraventamento e no encaixe (que é feito porsobreposição), porém com um detalhamentomaior: tanto a peça principal quanto a linear Fig. 58: Peças do Modelo 8. Fonte:possuem dentes em locais específicos e repetidos, autora, 2010.para que o encaixe seja feito nas partes das duas peças e não ocorra deslizamento de umapeça sobre a outra. Nesse tipo de encaixe, a largura da peça curva é a mesma da peçalinear (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 oconjunto, que trabalha na maior inércia. Não há movimento das peças entre si. Quantomaior a altura da viga, maior a resistência da peça à flexão. Fig. 59: Modelo 8 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010.Quanto ao corte a laser, cujo processo de corte de quatro modelos diferentes durou emtorno de duas horas, a montagem das peças também foi fotografada em etapas, paraentender como se deu o teste. Os modelos projetados na 4ª etapa têm como característica Fig. 60: Finalização da montagem do Modelo 8. Fonte: autora, 2010. 18
  19. 19. Universidade Presbiteriana Mackenziecomum o posicionamento das peças de maneira a obter a maior inércia para vencer o vãoproposto. 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.Fig. 61: Modelo 8 montado. Fonte: autora, 2010.Já no Modelo 9, essas imperfeições tornam-semais evidentes, uma vez que as peças têm omesmo formato porém alturas variadas, que asvigas acompanham fazendo curvas sutis. Nesseteste, apesar do encaixe perfeito que o laserpermite, o conjunto final não parece intertravadoe resistente como o primeiro, pois as peças Fig. 62: Peças do Modelo 9. Fonte:fletem ligeiramente com a montagem e o autora, 2010.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 omaterial utilizado fosse mais resistente. Assim, comparando os dois modelos, que sãovariações sobre um mesmo tema, é possível afirmar que o primeiro possui uma resistênciamaior, mesmo com um material mais mole do que a madeira, e isso o torna mais auto-portante do que o segundo. 19 Fig. 63: Modelo 9 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010.
  20. 20. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011 Fig. 64: Finalização da montagem do Modelo 9. Fonte: autora, 2010.No Modelo 10, que simula uma cobertura semelhante à deum ponto de ônibus (ou de uma estação de metrô), osresultados observados são semelhantes aos do segundomodelo: conjunto de encaixe satisfatório graças à perfeiçãodos encaixes feitos pelo laser, porém algumas falhas noconjunto final devido ao material utilizado. Isso se confirma,inclusive, fazendo a experiência de desmontar e montar o Fig. 65: Peças do Modelo 10. Fonte: autora, 2010.modelo novamente: o papel permite que os encaixes seafrouxem minimamente, comprometendo o resultado domodelo a cada desmontagem e nova tentativa demontagem. O que se percebe de diferente nesse caso éque, devido ao fato de o formato das peças ser calculadoprecisamente e favorecer um conjunto maissatisfatoriamente travado entre si, há uma espécie decompensação sobre as deformações permitidas pelomaterial, já que, mesmo que se deformem Fig. 66: Modelo 10 em processo de montagem. Fonte: autora,longitudinalmente, a presença de mais peças e a posição na 2010.montagem sana o problema a cada encontro e encaixe. Fig. 67: Finalização da montagem do Modelo 10. Fonte: autora, 2010.No Modelo 11, as doze peças lineares repetidas ligam cada um dos cinco anéis. Para obterresistência ao cisalhamento das peças entalhadas em madeira, a altura do entalhe deve termenos de 25% da altura da peça (altura menor > 0,75 altura maior), contanto que todas asfendas tenham a mesma altura num único modelo. Esse projeto trabalha com o valor limiteestabelecido por essa norma (NBR 7190: 1997). 20
  21. 21. Universidade Presbiteriana Mackenzie 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-Fig. 68: Peças do Modelo 11. Fonte: autora, 2010. 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). Fig. 69: Modelo 11 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010.Foi estabelecido, então, o seguinte foco para o fechamento da pesquisa: contemplar emnovos modelos de teste a curvatura em questão e as fases finais de um projeto real deespaço 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 essaconstrução de modo mais complexo, além de vedações e piso e suas propriedades de 21
  22. 22. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011encaixe e contribuição para a rigidez do conjunto. Os dois primeiros modelos se ativeram aoesqueleto do projeto, enquanto o último procurou entrar no campo projetual de um espaçoreal, dotado dos componentes mais fundamentais do projeto arquitetônico.O Modelo 12 consiste numa cobertura em forma de canoa invertida, porém de formaassimétrica. É planar, curvo, relativamente longilíneo e bastante particionado, e há muitadiferença entre as peças. Sua seção é única, mas a geometria é complexa. As peçasisoladas são muito frágeis devido à esbelteza e às limitações que o próprio papel Paranáoferece. Ao longo da montagem, o modelo foi ganhando grande rigidez em comparação coma delicadeza das peças, e os encaixes tornaram o conjunto final intertravado e estável.Mesmo assim, foram verificados vários pontos de flexibilidade após o teste. Fig. 70: Modelo 12 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010. 22
  23. 23. Universidade Presbiteriana MackenzieO Modelo 13 pode ser considerado uma variação do anterior e também é planar, masapresenta maior rigidez estrutural e estabilidade. Além disso, sua produção acaba sendobarateada em relação à do primeiro modelo devido ao fato de sua seção poder ser menosfragmentada e, portanto, possuir menos componentes. É importante observar que ambos osmodelos, desenhados com a ajuda de programas gráficos, como o AutoCad e o Rhinoceros,adquiriram a forma final muito próxima da elaborada durante a concepção. Fig. 71: Modelo 13 em processo de montagem. Fonte: autora, 2010.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 pórticoscom vincos regularmente dispostos e ligados por vigas. Um piso foi concebido comespessura suficiente para travar os pórticos que “chegam” ao chão, e a cobertura possuipainéis que ajudam a intertravar o modelo. Ao longo da construção, verificou-se o fenômenode torção no volume em geral, que foi sendo amenizado com a introdução de mais vigas evisivelmente reduzido com a introdução das placas de cobertura. Nos projetos de cobertura,como nesse modelo, a vedação pode ajudar no comportamento global da estrutura ediminuir a quantidade de contraventamento. 23
  24. 24. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Fig. 72: Modelo 14 em processo de montagem. Autora: Fonte: autora, 2010. 24
  25. 25. Universidade Presbiteriana MackenzieConclusões FinaisA presente pesquisa procurou investigar formas ousadas e complexas, similares àscontemporâneas. Os testes se iniciaram com modelos de cunho puramente formal, nãonecessariamente reproduzindo algum espaço do real ou função específica. Ao longo dasexperimentações, passou-se a buscar melhores apoios para as coberturas.A partir dos estudos de casos buscou-se, incessantemente, por variados modelos, testar osvários tipos de encaixes de madeira. Nesta busca, pôde-se observar que estas coberturaspodem servir a variadas funções. Tanto o projeto do Serpentine Gallery, como o projeto deAlan Dempsey serviram como inspiração para estudos de estruturas curvilíneas destinadastanto para mobiliário urbano, como um ponto de ônibus, como coberturas de maioresdimensões.Nos modelos manuais, o grande teste foi alternar a direção entre as peças, ou seja, projetarnovos modelos nos quais os encaixes se encontrassem na direção contrária à testadaanteriormente.Foi dedicada uma atenção especial para a idealização e construção de modelos decoberturas e estruturas abertas, pois tanto a variação de modelos como a sequência detestes permitiram concluir que os modelos fechados são sempre mais resistentes do que osabertos, independentemente de sua forma ou do material empregado na sua construção.Nos modelos arqueados, a repetição de arcos se intensificou no momento em que sepercebeu uma melhor possibilidade de avaliar o material obtido como um todo com umaestrutura contínua. Por isso, pode-se dizer que modelos com cinco arcos dão maior noçãodo 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 diferentessentidos na peça cortada, sendo percebido que a segunda maneira é a mais eficaz nosentido de travar a estrutura como um todo e evitar ao máximo uma possível mobilidade daspeças 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 testede diferentes esqueletos demonstrou a importante relação entre a utilização de um materialessencialmente plano para a construção de modelos predominantemente curvos.Desse modo, procurou-se cercar completamente o processo de pesquisa com minúciasconstrutivas e cuidados na execução de cada peça, seja no corte manual ou digital. Assim, ointuito foi acurar ao máximo cada comparação, visando ter em mãos resultados confiáveispara a execução de um relatório final competente. 25
  26. 26. VII Jornada de Iniciação Científica - 2011Diversas questões técnicas foram aproveitadas ao longo da construção da pesquisa, não sópor meio da execução fiel das etapas, mas também por imaginar qual seria a melhormaneira de executar cada uma delas, e se haveria alternativas mais eficazes. Foi esseestudo incansável que pôde trazer ao trabalho um conjunto de conclusões importantes eque 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 auma das partes do encaixe somente, concluiu-se que duplicar a distância das fendas podedistorcer o elemento. Para resultados mais satisfatórios, ele deve ser testado com menoscompressão perpendicular (com a qual é sabido que a madeira trabalha pior do que comesforços paralelos à fibra).Já tratando de um outro elemento inteiro do conjunto estrutural, a viga, foi estudado quedeterminados tipos de fendas e vigas muito altas impedem que o modelo seja fielmentetestado quanto ao travamento geral e a solidez obtida no final do processo de teste, já queacabam se sobressaindo no processo de divisão de esforços e distorcem a percepção detrabalho do modelo final. Assim, quando a altura das vigas for considerada excedente nomodelo (de acordo com os estudos aqui presentes, maiores do que duas vezes o tamanhoda 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 ocorreporque, independentemente da forma que se desenhe na “casca” (seja ela uma coberturade formas assimétricas e curvilíneas ou de traços retos e comportamento estrutural maisprevisível), 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 fasesnecessárias para a finalização, como estrutura, vedação lateral (envoltória), piso ecobertura. Isso trouxe novas perspectivas de pesquisa no momento em que as peças quesão tidas como não estruturais, como as pertencentes aos três últimos grupos citados,passaram a influenciar no comportamento do conjunto. Foi experimentada, então, apossibilidade de acrescentar rigidez e menor possibilidade de movimento da estrutura com aintrodução de peças aparentemente anexas (piso, paredes e teto). Assim, conclui-se que omodelo, apesar de não depender dessas peças para ser erguido e enrijecido, ganha maiorestabilidade quando contraventado, de certa maneira, por novas peças não estruturais. 26
  27. 27. Universidade Presbiteriana MackenzieComo detalhada na metodologia, a estrutura do trabalho foi a comparação de modelos e abusca recorrente por sanar os problemas que a estrutura apresentava a cada etapa,mostrando que é sempre possível aperfeiçoar um protótipo até que ele atenda àsnecessidades ambicionadas e possa, no mercado das obras de arquitetura originárias dafabricação digital, trazer as alternativas mais rápidas, de montagem mais simples e fácil,menos agressivas ao meio ambiente, mais adequadas às demandas do mercadoconsumidor e também mais lucrativas.Portanto, foi concluído em detalhes um longo processo de investigação científica acerca damodelagem e fabricação digital customizada, englobando a ideia projetual, o corte, aprototipagem, 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 fabricaçãodigital em madeira que vem sendo desenvolvido junto à comunidade científica.Agradecimentos: Ao LAPAC – Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquiteturae Construção – da FEC UNICAMP, para a confecção das peças em papel Paraná.ReferênciasACAYABA, Marcos. Marcos Acayaba. São Paulo: Cosac & Naify, 2007. 269 p.AFLALO, Marcelo. Madeira como Estrutura: a História da ITA. São Paulo: Paralaxe, 2005. 152 p.AITCHESON, Robert; FRIEDMAN, Jonathan; SEEBOHM, Thomas. 3-Axis CNC Milling in Architectural Design. International Journal of Architectural Computing, v. 3, nº 2, 2006, p.161-180.AMAN, Ronald L.; WEST, Harvey A.; CORMIER, Denis R. An evaluation of loose tenon joint strength. Forest Products Journal, march 2008.APA – The Engeneered Wood Association. Case study - Disney Ice: The Warmth of Wood Heats Uo and Anaheim Ice Rink. Estados Unidos, 1996.ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: Projeto de Estruturas de Madeira. Rio de Janeiro: ANT, 1997.BEESLEY, P; CHENG, NY-W; WILLIAMSON, R. S. (eds.) Association for Computer Aided Design in Architecture: Fabrication: examining the digital practice of architecture, Acadia, Toronto, 2004.BLASER, Werner. Structure und Gestalt in Japan. Verlag für Architektur: Zürich, 1963. 27
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