Fabricação digital de habitação social

Universidade Presbiteriana Mackenzie

HABITAÇÃO EM MADEIRA: SISTEMAS CONSTRUTIVOS ALIADOS A ALTA
TECNOLOGIA
Fernanda Vargas Lima (IC) e Célia Regina Meirelles Moretti (Orientadora)
Apoio: PIBIC CNPq

Resumo

O intuito da pesquisa foi criar novas possibilidades para o uso da madeira na habitação direcionada
ao interesse social e emergencial, explorando métodos de produção através da fabricação digital, e
explorando as técnicas tradicionais japonesa por encaixes e sua viabilidade através das novas
tecnologias digitais. A pesquisa abordou a aplicação do uso da madeira na produção habitacional e
seus benefícios, para isso foram estudados projetos e pesquisas produzidos anteriormente que
puderam ser comparados e utilizados como referência na criação de modelos estruturais aplicados a
novas tecnologias digitais e sua forma de produção. Estes modelos estruturais foram baseados nos
sistemas estruturais criados por Lawrence Sass entre 2006 e 2008, na técnica por encaixes dos
japoneses e na técnica construtiva chamada “Wood Frame”. Os modelos foram desenhados
digitalmente e foram transformadas em modelos físicos através do método de prototipagem rápida
por corte a laser, houve a montagem e a análise do comportamento estrutural destes modelos físicos
o que possibilitou a percepção dos detalhes das deficiências e das potencialidades desta nova
técnica. Os modelos são formados de pequenas peças encaixadas entre si que formam uma
estrutura espacial. A partir desta organização ficou expressa a relevância da pesquisa e as
necessidades do país de expandir e aprimorar os conhecimentos neste campo de estudo.

Palavras-chave: encaixes em madeira, ligações fabricação digital, habitação.

Abstract

The purpose of the research was to create new possibilities for the use of wood in housing directed to
emergency and social interest, exploring methods of production through digital fabrication, and
exploring techniques for traditional Japanese fittings and viability through new digital technologies.
The research focuses on the application of the use of wood in housing production and its benefits for
this study were previously produced projects and research that could be compared and used as
reference in creating structural models applied to new digital technologies and their way of production.
These structural models were based on structural systems designed by Lawrence Sass between 2006
and 2008, the Japanese technique for fittings and construction technique called "Wood Frame ". The
models were designed digitally and were transformed into physical models by rapid prototyping
method for laser cutting, there was the assembly and analysis of the structural behavior of these
physical models which allowed the perception of the details of deficiencies and potential of this new
technique. The models are composed of small parts stacked together to form a spatial structure. From
this organization was expressed the relevance of research and the country needs to expand and
enhance knowledge in this field of study.

Key-words: fittings on wood, joint digital manufacturing, housing.

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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011

INTRODUÇÃO

A criação de novas propostas para a produção de habitação buscando respostas rápidas e
viáveis tem grande relevância diante do crescimento do déficit habitacional nas grandes
cidades, e das constantes catástrofes naturais que permeiam o mundo, ocasionando um
grande número de famílias desalojadas. Trabalhos voltados para a demanda emergencial e
social, não são únicos no Brasil, como por exemplo, a ONG ‘Um Teto para o meu País’, que
utiliza a madeira como principal material, porém utilizando uma técnica de produção
artesanal. A pesquisa “Habitação de Emergência com Resíduos de Madeira e Derivados”,
também produz um modelo de habitação emergencial que abrange técnicas de montagem e
ligações em madeira revestida em placas OSB, além de expor a importância do abrigo para
a sociedade, bem como, o contexto do uso da madeira no Brasil.

A madeira foi é uma matéria prima que tem expressivo potencial a ser explorado no Brasil,
devido a grandes reservas florestais existentes. A madeira é fonte natural renovável e
contribui diretamente com a diminuição do dióxido de carbono emitido, porém só começa a
ter grande importância a partir da 2ª Conferência Mundial para o Desenvolvimento e Meio
Ambiente- Rio’92 e do Protocolo de Kyoto no ano de 1997, onde a noção de planeta
sustentável passa a ser compreendida. (QUEIJO, 2006) Internacionalmente a madeira já foi
muito utilizada na construção civil e na habitação com diferentes desenvolvimentos
tecnológicos desde o início do século XIX, em especial, países como Canadá e Estados
Unidos apresentam uma forte tradição no uso da madeira para a produção de habitações,
com grandes nomes como Frank Lloyd Wright e Walter Gropius que exploravam novos
métodos de utilização da madeira, como no desenvolvimento do ‘Wood Frame’. No Brasil,
houve poucas tentativas que englobasse a questão economia e social no uso da madeira, a
grande maioria esta relacionada em pesquisas realizadas sobre o tema. Outra aplicabilidade
que a madeira reserva é a técnica de ligação por encaixe, atributo explorado no oriente
desde o séc. X D.C. a técnica foi desenvolvida originalmente na China e aprimorada pelos
Japoneses. Os carpinteiros japoneses apresentavam uma grande precisão geométrica e
documentaram através de desenhos os processos construtivos em madeira, porém para a
produção da construção com encaixe era necessário um conhecimento específico das
técnicas de carpintaria, Meirelles et al (2009), Estuqui (2006), Gonçalves (2002). Já a
técnica abordada pelos americanos que tinham como conceito aplicação em grande escala,
montagem rápida e não precisava de um conhecimento específico. Com o advento das
novas tecnologias computadorizadas as técnicas construtivas em madeira apresentam um
novo potencial de produção a ser estudado. As novas tecnologias digitais incorporam o
conceito de ‘Mass Costumization’, onde é possível produzir em série, formas diferentes e
variáveis diretamente por programas de modelagem 3D. ‘Mass Costumization’ é uma

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estratégia de produção que consegue atender a preferências individuais na produção de
itens ou serviços, mantendo similaridade com os preços da produção manufaturada em
massa. Pesquisas antecedentes realizadas por Eckelman et al (2002), Simondetti (2002),
Pupo (2008), Celani, Bertho (2007), Octavio (2006), Sass (2006), Sass (2007), Sass (2008),
Orciuoli (2010), sobre fabricação digital têm renovado o interesse a respeito dos diversos
meios de representação e simulação em arquitetura. Na faculdade de Arquitetura e
Urbanismo da Universidade Presbiteriana Mackenzie, esse assunto vem sendo acometido
em pesquisas realizadas desde 2007. A pesquisa tem como questionamento como as
novas tecnologias digitais podem contribuir para uma construção rápida e eficiente voltado
para a produção de uma habitação no âmbito emergencial ou social, através de projetos
inovadores e com baixo custo que conseguem compreender as necessidades específicas da
demanda.

O objetivo da pesquisa é avaliar as técnicas construtivas em madeira para produção de
habitação social e emergencial, conciliando técnicas tradicionais por encaixes e explorando
estes novos métodos de produção através da fabricação digital.

REFERÊNCIAS

Lawrence Sass (2008), professor da Universidade MIT, realiza pesquisas sobre
prototipagem rápida e sua aplicação na construção civil desde 1990. Em 2008, Sass
produziu juntamente com Daniel Cardoso a pesquisa “Generative Fabrication”. A pesquisa
procurou explorar formas e sistemas simples de prototipagem rápida, e a produção através
do corte a laser em placas. As junções exploradas foram propostas dentro da lógica do corte
a laser de placas em 2D, ou seja, restritamente o corte das placas é realizado apenas nos
eixos X e Y, por ser produzido através do equipamento Laser Systems X-660 (50 watts) de
corte a laser por CNC. As peças são produzidas com encaixes e se assemelham a um
quebra-cabeça em 3D ou a um Kit Lego, a intenção inicial era que a estrutura adquirisse
rigidez através do encontro das peças, sem que fosse necessário outro método de ligação,
como pregos ou cola, porém não atingiu êxito total neste aspecto. O foco do trabalho esta
em produzir as peças de uma maneira experimental e realizar testes nos programas
computacionais utilizados para modelar e cortar os modelos físicos, como pode ser
observado na figura 01, testes também na resistência do material utilizado, e no tamanho
das peças e das junções utilizadas para montar o conjunto final, e a partir daí, identificar
possíveis falhas que possam atrapalhar o processo de produção em larga escala.

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Figura 01 – Modelos Paramétricos utilizados para identificar possíveis dificuldades do sistema.
Fonte: CARDOSO, SASS (2008)

Anteriormente, Sass (2006) produziu a pesquisa “Synthesis of design production with
integrated digital fabrication”, esta pesquisa teve a intenção de explorar o processo de
fabricação chamado ‘Mass Costumization’ como um novo meio de pensar em arquitetura.
No ‘Mass Costumization’ os desenhos arquitetônicos são produzidos pelos programas de
modelagem em 3D e enviados diretamente para a máquina de corte a laser, CNC, para
serem cortados e fabricados. Diferentemente da pesquisa do Sass, apresentada
anteriormente neste trabalho, onde eram feitos estudos experimentais sem preocupações
adicionais, nesta pesquisa existe uma prioridade com relação ao tempo existente entre o
processo de criação e o de produção. Dentro desse sistema quando o projeto esta
finalizado, ou seja, já foi projetado e desenhado como na figura 02 A) e 02 B), ele já pode
ser diretamente cortado e montado como na figura 02 C), sem etapas intermediárias ou
adaptações. A pesquisa desenvolve através da aplicabilidade deste processo de fabricação,
um projeto de habitação mínima, denominado ‘Abrigo’. A intenção predominante da
pesquisa é criar uma habitação que seja de baixo custo para produção em um curto espaço
de tempo. A sua montagem também é realizada através de encaixes das peças cortadas a
laser de placas em 2D . O projeto foi dividido em etapas, primeiramente são feitos estudos
em modelos digitais.

Figura 02: A) Modelo Digital em 3D da casa Abrigo e B) Modelo Digital em 3D da estrutura da Casa Abrigo; C)
Modelo fisco montado.
Fonte: SASS (2006)

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Figura 03: A) CNC rout com 1/2” bit utilizada para corte das peças e B) Modelo montado em 1:1
Fonte: SASS (2006)

Na etapa seguinte um dos modelos digitais projetado foi produzido como m
modelo físico em
escala reduzida, como pode ser observado na figura 02 C) para que sua resistência
ode C),
pudesse ser testada e fossem identificadas pequenas falhas. Feitos os ajustes necessários,
.
as peças foram produzidas em escala 1:1, foram feitos os encaixes nas placas e depois que
ram as
que as placas foram devidamente cortadas o sistema foi montado transformando
transformando-se na casa
‘Abrigo’. Todo o processo levou quatro dias para ser finalizado desde a sua criação até a
. finalizado,
sua montagem, comprovando a rapidez do sistema. A grande vantagem da prototipagem
rápida é que ela expande os limites da criação e do corte da madeira, podendo aumentar a
complexidade das ligações e encaixes. A pesquisa da casa ‘Abrigo’ não é só especulativa,
ela tem uma intenção por trás do estudo do sistema de prototipagem rápida, começando a
prototipagem
dar os primeiros passos para um projeto especifico de habitação de baixo custo e rápida
de
produção pelo processo de fabricação digital
digital.

Depois destas duas pesquisas realizadas por Larry Sass, uma nova pesquisa diretamente
,
relacionada à habitação foi produzida. A pesquisa “A Digitally Fabricated House for New
igitally
Orleans” demonstra a complexidade que a produção por prototipagem rápida pode alcançar
tipagem
na produção de uma casa, agora funcionalmente e esteticamente mais a
aprimorada a casa
foi projetada e montada para a exposição ‘Entrega a Domicilio’ no Museu de Arte Moderna
de Nova York (MOMA) realizada no ano de 2008. A exposição abrangia casas pré-
fabricadas, que explorassem diferentes e revolucionárias soluções de produção e
,
montagem. A casa produzida por Sass foi convidada a participar da exposição, por ter sido
produzida pelo mesmo processo apresentado nas pesquisas anteriores realizadas por ele,
através da fabricação digital por prototipagem rápida, processo considerado inovador. A
casa apresenta um estilo clássico e uma preocupação estética ainda não explorada ela foi
preocupação explorada,
proposta para a reconstrução de Nova Orleans, que sofreu com os desastres naturais
osta
proporcionados pelos furacões Katrina e Rita no ano de 2005. A preocupação est
. estética
apresentada no projeto teve a intenção de resgatar a identidade do lugar proporcionando
lugar,

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um reconhecimento e uma apropriação do projeto, por parte da população atingida. Este
modelo de habitação exige baixo consumo energético e baixo custo de produção com alta
qualidade, fatores importantes que influenciam positivamente para a substituição das casas
construídas atualmente, que ainda exigem um alto consumo energético, ou casas que foram
destruídas em desastres naturais, como no exemplo citado acima. Através da fig. 04 A)
pode ser analisado o modelo físico produzido antes da construção final em escala 1:1.

Figura 04: A) Protótipo final utilizado como modelo de construção da ‘House for New Orleans’ e B) montagem da
‘House for New Orleans’ para exposição do MOMA.
Fonte: SASS (2008)

O modelo em escala 1:1 da casa, que ganhou o nome de ‘House for New Orleans’, ficou
exposto num terreno baldio ao lado do museu onde pôde ser testado seu desempenho e
durabilidade, ela suportou ventos fortes, chuvas e intempéries causadas pelas mudanças de
temperatura e com isso pode-se fazer uma analise objetiva de como se comporta a estrutura
produzida por prototipagem rápida sendo efetivamente utilizada como habitação. Nas fig. 04
B) e 05, pode ser observado os processos durante a montagem da casa ao lado do Museu,
bem como, os métodos de encaixes das peças e os painéis de fechamento.

Figura 5: A) ‘House for New Orleans’ na exposição do MOMA e B) Detalhe das peças durante a montagem;
Fonte: SASS (2008).

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Pode-se perceber que o grau de detalhamento no recorte das peças é extremamente alto, e
há a necessidade que seja assim para que as peças possam se encaixar e se manter
rígidas. A precisão em relação ao tamanho dos dentes, também é necessária para este
modelo de produção, pois se houver qualquer desalinhamento entre eles, o conjunto não
consegue ser montado, nestas questões básicas a produção anterior do modelo físico em
pequena escala, torna-se imprescindível para a identificação de falhas.

Contemplando novos meios de produção pelo método da fabricação digital, destacou-se a
pesquisa “Digital Wood Craft”, realizada pelo Martin Tamke e pelo Mette Ramsgard
Thomsen (2009). Esta pesquisa foi de grande relevância na compreensão das
potencialidades que a fabricação digital reserva, demonstrando a importância dos novos
programas computacionais na produção arquitetônica, expandindo para novas soluções
estéticas, como pode ser analisado na figura 06. O design da forma também ganha grandes
proporções, ampliando o campo de exploração. Este caso demonstra como a madeira pode
ser fundamentalmente mais adequada na produção por prototipagem rápida, além de estar
entre os materiais mais sustentáveis dentro da construção civil, permite formas geométricas
quase irrestritas e complexas, também nas articulações e junções diminuindo as restrições
existentes na técnica tradicional de produção. Neste caso o projeto foi inteiramente
experimental, revelando formas incomuns. Diferente da pesquisa de Sass (2008), os cortes
são feitos por outro tipo de máquina, através de três eixos X, Y e Z, ou seja,
tridimensionalmente, e a madeira é esculpida na forma do encaixe desenhado, o que deixa
o sistema ainda mais complexo como pode ser visto na figura 07.

Figura 06: Modelo Digital em 3D que mostra a variação dos elementos;
Fonte: TAMKE, THOMSEN (2009).

Figura 07: Encaixes e junções utilizados nos projetos em 1:1;
Fonte: TAMKE, THOMSEN (2009).

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Para que fosse possível analisar o tema através de outros paradigmas, o projeto do Fablab
pelo Instituto de Arquitetura Avançada de Catalunã (IAAC) foi essencial. Trata-se de um
protótipo de habitação. Primeiramente o padrão de produção é distinto da industrialização
em massa de produtos padronizados, é utilizada a técnica de desenho digital sobre a
produção pelo processo em CAD/CAM, questão discutida e de grande relevância nesta
pesquisa, o projeto criado pelo Fablab demonstra como o processo de fabricação digital une
o design à produção seriada. Para a criação do protótipo proposto pelo Fablab, o IAAC
aprofundou seus estudos sobre outro ponto importante dentro da arquitetura, a eficiência
energética, relacionando a eficiência de um material fotossensível, por exemplo, sobre
preço, disponibilidade e complexidade, e facilidade de instalação na aplicação de um
projeto, concentrando seus esforços para que a utilização de recursos energéticos eficientes
torne-se acessíveis.

Na fig. 08, pode-se analisar que o projeto de habitação criado pelo IAAC (2010), nomeado
como ‘Fablab House’, foi produzido através do corte a laser, em chapas de madeira serrada
laminada, chamadas Laminated Veneer Lumber (LVL) com até 300x1800x45 mm (LxCxH),
que se tornam peças, orientadas e montadas entre si, formando o conjunto. Estas peças são
variáveis em relação ao tamanho, em alguns casos são inteiriças para reproduzir a função
estrutural do “pilar”. O projeto utilizou formas curvas, como pode ser observado na fig. 09.
Comparativamente, a lógica em relação a construtibilidade deste protótipo é diferente do
protótipo proposto por Sass (2008). Neste caso, não há peças repetidas, cada peça tem
uma forma única e um papel único dentro do conjunto. Já na ‘House for New Orleans’, são
utilizadas basicamente as mesmas peças repetidas em sequencia, em alguns casos as
peças podem até ser trocadas da ordem, não interferindo no resultado final. Apesar de se
tratar de grandes placas o processo de produção se mantém, o corte é realizado em 2D e a
montagem em 3D.

Figura 08: A) Corte dos painéis de LVL e B) peças sendo embaladas para o transporte.
Fonte: site do FABLAB

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Figura 09: A) Montagem da base, início da construção da casa e B) “Fablab House” montada em 1:1
Fonte: site do FABLAB

Os estudos de caso acima referidos demonstram que a madeira é considerada uma das
matérias-prima mais indicada para este tipo de produção por fabricação digital, a utilização
da madeira é unânime em todos eles. Com estas afirmações pode-se atestar a importância
em aprimorar os conhecimentos sobre o uso da madeira e seus derivados, iniciamos o
estudo do tema com a pesquisa “Tecnologia das construções em madeira: a busca de
sistemas construtivos contemporâneos” que permitiu uma melhor compreensão da técnica
convencional de construção por pilares e vigas, e como ela se difere da técnica de produção
por fabricação digital proposta. Esclarecendo que a construção convencional por pilares e
vigas trabalha com peças inteiras e maciças, que dependem diretamente de cuidados
específicos com a madeira, e com o transporte e construção, assim sendo o custo da
construção é mais alto. A técnica de construção convencional também é diferente no
aspecto da ligação das peças que é feita através de conectores metálicos, pregos e /ou
parafusos. Para que pudéssemos chegar a esta conclusão em relação a utilização da
técnica tradicional, foi feita uma visita com o escritório ‘Callia Estruturas de Madeira’, onde
pode-se acompanhar o processo de construção de uma habitação. No Brasil esta é a
técnica mais utilizada até hoje para construção em madeira. Outra técnica estudada que
ainda não é muito difundida no Brasil, mais que é utilizada em países como Canadá e
Estados Unidos que ainda mantêm forte a tradição de produzir casas em madeira, é a
técnica americana chamada ‘Wood Frame’ (MEIRELLES et al, 2009).

Através do artigo publicado na revista Techné, edição n° 59, pode-se constatar o baixo
interesse do país, quanto a produção em madeira para habitação de interesse social (HIS),
e afirma que este desinteresse acontece principalmente por uma questão cultural. "Ainda há
uma certa resistência no Brasil a casas de madeira e, se eu tentasse vender, poucos
comprariam e eu teria de baixar muito o preço", afirma Malafaia (2001), idealizador e
construtor do Projeto. O artigo apresenta um projeto produzido em Curitiba através da
técnica em “Wood Frame” em 2001, a estrutura é formada por pequenas peças espaçadas
entre 40 a 60 cm formando a estrutura da parede portante em madeira e seus fechamentos

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em placas de OSB. A tecnologia foi importada da América do Norte, porém a madeira
utilizada é brasileira, apenas as placas de OSB tiveram que ser importadas da Alemanha,
pois estas placas só começaram a ser produzidas no Brasil a partir de 2002. O projeto
compreende oito apartamentos de dois andares com 50 m² cada, encaixando-se no padrão
de HIS, e pode ser tomado como exemplo de produção nesta categoria, por ser um projeto
de qualidade com baixo custo, quebrando o tabu de que o custo de uma construção em
madeira é excepcionalmente alto.

Já no âmbito da Habitação Emergencial, a Ong “Um teto para o meu País” foi utilizada como
referência nesta pesquisa. Nascida no Chile em 1997, tornou-se uma organização latino-
americana, e chegou ao Brasil em 2006. O Trabalho da Ong é realizado em três etapas. Da
qual esta pesquisa se beneficiou principalmente da primeira etapa, que é onde acontece a
construção de habitações emergenciais de 18 m² produzidas em madeira, por estudantes
voluntários e pela própria comunidade, atingindo uma durabilidade de até 5 anos. A
montagem das casas é feita através de simples técnica de carpintaria, são painéis
produzidos com tábuas de madeira reflorestada tipo ‘Pinus’, as tábuas são enfileiradas e
pregadas em ripas, como pode ser observado na fig. 10. Estes painéis são unidos e formam
os quatro lados da casa e o piso, seu fechamento superior é feito por telhas industrializadas
tipo “Brasilit”, técnica anteriormente utilizado na região sul e sudeste do Brasil. Trabalhos
como este realizado pela Ong, demonstram que apesar das casas serem produzidas por
métodos de carpintaria tão simplificados, pode obter resultados significativos na diminuição
do déficit por habitação emergencial do país. Outro ponto importante que pôde ser
observado foi a identificação e a relação de apropriação e cuidado que as pessoas
contempladas pelo projeto adquirem com a sua nova moradia. Esta relação acontece por
haver o envolvimento das famílias durante o processo de materialização do projeto, aspecto
importante a ser considerado por essa pesquisa, sendo assim, passa a ser necessário que a
produção por prototipagem rápida propicie a fácil montagem da casa, para que não haja a
necessidade de conhecimento técnico ou específico, proporcionando o envolvimento das
famílias neste processo.

Figura 10: A) Paredes da casa e B) Membros da Ong na construção.
Fonte: <http://www.umtetoparameupais.org.br/>.

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Na etapa II, a Ong procura gerar estratégias para retirar as famílias dessa situação de
vulnerabilidade através de diferentes ações como, educação, ajuda de ordem jurídica,
microcrédito, saúde, tudo isso levando em consideração a realidade de cada família. E pra
finalizar, a Etapa III tem como finalidade orientar, por intermédio das políticas habitacionais e
de programas habitacionais do Brasil, as famílias que já passaram pelas etapas anteriores
para que estas possam enfim conquistar sua moradia permanente.

Neste mesmo aspecto, foi estudado o artigo “Habitação de emergência com resíduos de
madeira e derivados’”escrito por Ricardo Silva (2007). Este artigo discorre sobre a escassez
da produção de casas de madeira no Brasil e sobre os benefícios que esta produção pode
agregar, como por exemplo, à diminuição do efeito estufa e faz um projeto modelo de
moradia econômica, através do uso de derivados da madeira serrada, material
desvalorizado e subutilizado.

O artigo também contempla a importância do abrigo e o seu papel como proteção inicial
para a sobrevivência “A criação do lugar para realização das atividades humanas e a
construção do abrigo para proteger o homem das ameaças impostas pelo meio ambiente é
tarefa primeira do arquiteto.” (SILVA, 2007).

O projeto tem duas diretrizes principais apontadas, a primeira é a de atribuir um uso para
produtos através dos derivados da madeira. E a segunda é tornar um sistema construtivo
direcionado à produção de habitação emergencial ou social viável através da
autoconstrução, combatendo o déficit habitacional. A casa tem 54,69 m², as áreas molhadas
foram projetadas para serem construídas em alvenaria, e o restante do aplicou o conceito
modular através da medida das chapas OSB, com medidas padronizadas em 122x244mm.
Pela fig. 11 as diretrizes do projeto podem ser analisadas.
A

N

B B

A
PLANTA MOBILIADA
0 .5 1 3
Ac = 54,69 M2

Figura 11: Planta e modelo volumétrico do projeto proposto no artigo.
Fonte: SILVA (2007).

O artigo também discorre sobre a utilização da madeira como meio de proteção primária
para o homem, e como mesmo de forma precária, a madeira é instintivamente utilizada na

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autoconstrução de barracos em assentamentos nas grandes metrópoles provando a
versatilidade do material, sendo assim, conclui-se que se houvesse um uso apropriado, a
partir de um conhecimento técnico específico atribuído a construção, este material poderia
ser aplicado de uma forma nobre se tornando uma construção definitiva.

METODOLOGIA

A primeira etapa, conforme estipulado anteriormente, consistiu em levantamento de dados e
referencias bibliográficas para a execução da pesquisa, em livros, revistas, artigos, sites, e
literatura internacional.

O início do levantamento consistiu em, pesquisar referencias que ampliasse o conhecimento
sobre os milenares métodos de encaixes japoneses, para que esta técnica pudesse auxiliar
na concepção dos encaixes para o sistema proposto posteriormente (BLASER, 1963). No
momento seguinte da pesquisa foram pesquisadas referencias sobre ‘Wood Frame’, e
outras técnicas de construção em madeira. Em paralelo foram pesquisados modelos de
habitação social construídas em madeira no Brasil e em outros países, como resultados
foram encontrados exemplos como a Ong ‘Um teto para o meu País’, que produz ainda
artesanalmente, bem como, o modelo de habitação criado pelo IACC, que aplica as altas
tecnologias digitais em sua produção, entre outros. E para completar a pesquisa, foram
levantados exemplos, teses e artigos sobre fabricação digital, principalmente no âmbito da
habitação social e emergencial.

Na segunda e na terceira etapa, foram feitos filtros, a partir das leituras e do levantamento
realizado na primeira etapa. Com isso pode-se aprimorar os estudos de alguns casos
específicos que melhor se enquadravam no tema pesquisado, além de utilizá-los como base
para concepção dos modelos propostos nesta pesquisa.

Na quarta etapa foram estudados e experimentados os encaixes isoladamente, utilizando
isopor, entre outros materiais e produzidos de maneira artesanal, proporcionando maior
visão para aplicabilidade dos sistemas estruturais na modelagem digital. Depois foram
propostos quatro modelos digitais de sistemas estruturais voltados para produção de
habitação, desenhados por um processo digital. O programa sketch-up, o Rhinoceros e o
Auto-cad, como demonstra a figura 12 com o programa Auto-cad.

A quinta etapa foi realizada em conjunto com a quarta etapa, cada modelo desenhado pelo
processo digital, foi consecutivamente produzido como modelo físico. Para a produção dos
modelos físicos foi utilizado papel Paraná de 2mm, que foi cortado pelo método de
fabricação digital, através de corte a laser em duas direções pelo Laboratório de Automação
e Prototipagem para Arquitetura e Construção (LAPAC) na Unicamp.

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Figura 12: Peças da primeira proposta desenhadas pelo programa auto-cad 2008.
Fonte: LIMA (2010).

A sexta etapa consistiu na montagem dos modelos físicos cortados, bem como a análise
dos resultados e das dificuldades encontradas na produção e durante o processo de
montagem do modelo.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

O início da pesquisa foi dedicado aos estudos dos encaixes tradicionais japoneses, depois
de serem estudados isoladamente e compreendidos em sua função estrutural, os encaixes
da figura 13 foram selecionados como mais úteis na lógica do sistema estrutural de corte à
laser através da fabricação digital. Os encaixes 1 e 2 da fig. 13 foram selecionados por
conter uma terceira peça que proporciona a rigidez do conjunto. O encaixe 4 da fig. 13 foi
selecionado pela sua simplicidade e por conter ligação em macho-fêmea que para a nossa
experiência é de grande utilidade. Os encaixes 3 e 5 da fig. 13 foram selecionados por
conter uma terceira peça como nos encaixes 1 e 2, porém com apenas um pino, o que
facilita a produção e montagem deste modelo de encaixe.

Figura 13: Modelos de Encaixes Japoneses.
Fonte: <http://estruturasdemadeira.blogspot.com.br/>

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Estes encaixes ajudaram a compreender o método utilizado na produção das peças, que em
suma, acontece em três dimensões, porém a pesquisa esta fundamentada na produção por
corte a laser em placas, ou seja, um sistema em duas dimensões. A partir desta descoberta,
foi necessário adaptar e simplificar o sistema para duas dimensões, para que pudesse ser
produzido pelo método de fabricação digital correspondente ao estudo. Com isso houve a
necessidade da ampliação do campo de estudo, para que não se baseasse apenas nos
encaixes japoneses, e pudesse obter mais informações referentes a outros sistemas em
madeira, como o ‘Wood Frame’ e o sistema de entramado pesado ‘pilar e viga’ (ACAYABA,
2007).

Como já descrito acima o projeto proposto pretendia se basear em um sistema mais
convencional, como o sistema ‘entramado pesado’ com ligações produzidas na forma de
encaixes japoneses. O ‘entramado pesado’ é constituído de pilares e vigas em madeira
maciça ou reflorestada, na qual as cargas são transmitidas das vigas para os pilares, que
são modulados entre vãos de 2,4m a 8m de distancia. Porém ao realizar uma visita técnica
com o escritório Callia Estruturas em madeira a um projeto nesses moldes de construção
em madeira, pode ser constatado dois pontos principais que fez com que o sistema fosse
descartado como conceito estrutural para a produção por corte a laser em CNC: 1- as peças
são grandes e pesadas, o que dificulta e torna inviável a construção com para o método que
pretende facilita a montagem das peças, 2- os pilares e as vigas são em madeira maciça e
muito espessos para serem cortados na máquina de corte a laser do LAPAC que trabalha
com chapas bidimendionais. Foi então decidido utilizar como conceito estrutural um sistema
aproximado ao sistema Wood frame, pois ele é produzido a partir de um entramado leve.
São inúmeras chapas em madeira com pequenas dimensões organizadas com pequenos
espaçamentos entre elas, ou seja, uma estrutura espacial autoportante, que pode ser
comparada a uma gaiola. A montagem desse sistema pode ser simples e rápido, além de
que as chapas não precisam ser de madeira maciça, o que tornaria o sistema mais
econômico, possibilitando a produção pelo método de fabricação digital, que é um dos
preceitos principais da pesquisa.

A proposta projetual foi definida a partir de uma estrutura espacial autoportante com
ligações por encaixes, foram necessários estudos que pudessem analisar e identificar os
problemas existentes no novo processo construtivo.

Nesta etapa os estudos de caso do arquiteto Lawrence Sass (2006, 2007, 2008) foram
essenciais, a partir de análises realizadas dos encaixes básicos que ele propunha em seus
projetos e da análise de alguns preceitos extraídos dos encaixes japoneses, foi possível
iniciar a criação e a produção de modelos físicos simplificados como o da figura 14, que fora
produzido através de placas de isopor de 5mm cortadas manualmente com um estilete.

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Estes simples encaixes produzidos em rústicos modelos físicos funcionaram como
direcionadores na criação dos sistemas posteriormente criados como o da figura 15. Este
modelo simples foi produzido com pequenas peças encaixadas entre si pelo encaixe tipo
adas
macho-fêmea, nas duas direções (horizontal e vertical) baseado nos encaixes japoneses, e
vertical), aseado
encaixes fêmea-fêmea para ligar as peças horizontais às verticais Com este modelo
fêmea verticais.
podemos identificar as fragilidades iniciais do sistema, que esta qualificada principalmente
sistema,
pelo fato de que as peças horizontais ou “vigas” estão na menor inércia, o que compromete
na
a resistência e a rigidez do modelo
modelo.

Figura 14: A) Peças em isopor produzidas manualmente e B) Sistema Estrutural concebido através da montagem
:
das peças.
Fonte: LIMA (2010).

Primeiro Modelo: A partir daí, dando continuidade ao processo através da análise
processo,
realizada no modelo simplificado, um novo modelo foi confeccionado, procurando rever a
dificuldade apresentada nos encaixes propostos anteriormente. Foi feita uma modificação
os
nas peças horizontais, posicionando na maior inércia, como pode ser observado na figura
posicionando-a
15, com esta mudança este modelo apresentou duas novas dificuldades, 1 as peças
1-
verticais são pequenas e estão todas no mesmo eixo, e só o contato criado pelos encaixes
o
macho-fêmea não são suficientes para criar a estabilidade necessária, por isso, assim como
no projeto do Sass (2008) elas tiveram que ser coladas, no caso, com fita adesiva. 2- as
),
peças horizontais que foram modificadas para a maior inércia criar
criaram uma fragilidade
estrutural nas ligações dos cantos, perdendo parte importante da estabilidade exigida no
antos,
conjunto. As peças horizontais “vigas” que compõe a parede passaram a ser transpassadas
e encaixadas pelo eixo das peças verticais “pilar”.

Para que pudessem ser constatadas estas informações, foi feito o modelo físico.
,
Inicialmente houve a tentativa de produzir o modelo físico de maneira artesanal, porém não
ouve
foi obtido êxito, pois os recortes a serem feitos à mão, no centro da peça eram muito
pequenos impossibilitando o corte com o estilete conforme a figura 16.
estilete, .

15


Figura 15: Protótipo n° 1 cortado a laser e montado p encaixes e colado com fita adesiva.
: por
Fonte: LIMA (2010).

Figura 16: Tentativa de produção manual das peças para montagem do modelo físico.
Fonte: LIMA (2010).

Após esta tentativa, o modelo físico foi cortado pelo processo digital, método estudado na
pesquisa. Foram cortadas a laser placas de papel co alta rigidez e gram
esquisa. com idez gramatura (papel
paraná).

Figura 1 Falhas apresentadas durante o corte das peças.
17:
Fonte: LIMA (2010).

Estas peças apresentaram facilidade durante o manuseio e a montagem do modelo,
permitindo exatidão milimétrica, exigência necessária para produção deste sistema por
milimétrica,

16


encaixe. Porém observou
. observou-se que surgiram algumas dificuldades no momento do
destacamento das peças cortadas da placa, como mostra a figura 17 algumas peças não
17,
foram totalmente cortadas da placa e o corte teve que ser finalizado com o est
estilete.

De uma maneira geral a eficiência do sistema foi comprovada, quanto ao seu
e
desenvolvimento e quanto à rapidez, permitindo a produção de peças e encaixes mais
complexos, que comprovadamente não puderam ser produzidos manual
manualmente. A figura 18
constata que para entender a montagem do sistema foi desenhado o modelo volumétrico em
3D de cada peça e a união d mesmas pelo programa sketch-up.
das

Figura 18 Modelo criado produzido pelo programa sketch-up.
18: up.
Fonte: LIMA (2010).

Segundo Modelo: O sistema estrutural seguinte tem como princípio fundamental a ligação
em fêmea-fêmea, que de uma maneira geral procurou suprir as duas falhas apresentadas
geral,
no modelo anterior. O sistema intercala os dois eixos (longitudinal e latitudinal) nas duas
direções (horizontal e vertical), com isso o conjunto ganha a rigidez necessária para se
manter estável nas duas direções. Como parte do sistema foi necessário a concepção de
uma abertura no eixo de cada peça, possibilitando que elas pudessem ser transpassadas e
montadas, como pode ser visto na figura 19
19.

Figura 19: A) Peças cortadas à laser. B) Detalhe do encaixe fêmea-fêmea e da abertura no eixo da peça.
fêmea
Fonte: LIMA (2010).

17


Apesar de apresentar boa solução estrutural, este sistema possui uma alta com
complexidade no
processo de montagem dos encaixes e na ligação das peças, como pode ser analisado pela
ode
imagem 20, durante a montagem do modelo físic percebeu-se que o conjunto não cria
físico
estabilidade com o decorrer da montagem e se desmonta facilmente quando a
smonta acontece
alguma movimentação, bem como, foi necessário seguir uma ordem regular e de difícil
entendimento durante a transposição e organização para a ligação das peças, o que durante
a concepção do modelo digital fora impossível verificar. A dificuldade con
constatada torna esta
hipótese de modelo incapaz de atender as necessidades do sistema, já que o sistema que
alvejamos deve ser de fácil entendimento e, por conseguinte deve possibilitar rápida
montagem, para que não exista a necessidade de haver mão de obra especializada, e
,
possa ser montado por qualquer pessoa, além de apresentar uma boa estabilidade global.

Figura 20: C) Trecho do modelo físico montado, demonstrando a instabilidade do modelo e D) Detalhe do canto
: canto;
Fonte: LIMA (2010).

Não foram feitas tentativas de produção manual deste modelo físico, visto que no modelo
,
anterior fora impossível, o único método para a produção das peças do modelo foi o corte à
,
laser, como especificado na metodologia este modelo apresentou as mesmas dificuldades
metodologia,
com relação ao destacamento das peças da placa, e também apresentou as mesmas
o
vantagens de produção e montagem do modelo anterior Já relacionando tipos possíveis de
anterior.
vedações ao sistema estrutural constatou-se que esta hipótese apresentou algumas
estrutural,
advertências quanto ao tamanho e posição das peças, a distância entre as peças verticais
o
que estão posicionadas no mesmo eixo é extensa e dificulta a ligação do painel e da
estrutura. Esta análise condicionou mudanças primordiais na concepção estrutural do
sistema criado posteriormente. A figura 21 trata-se do modelo volumétrico produzido pelo
se
programa sketch-up para melhor compreensão do sistema, e para ajudar no momento da
up
montagem, já que as peças são produzidas todas em 2D.

18


Figura 21 Perspectiva produzida pelo programa Sketch-up.
21: up.
Fonte: LIMA (2010).

Terceiro Modelo: As principais mudanças na produção deste modelo estão relacionadas à
proporção, ele adquiriu proporções mais exatas e modulares para possa funcionar como
habitação, módulos baseados n tamanhos das placas OSB foram criados As placas OSB
nos criados.
apresentam tamanho padrão de 122x244 cm, com resistência mecânica para trabalhar com
esistência
vedação e com baixo peso específico, eficaz em construções leves como essa que esta
sendo criada. Outra mudança circunstancial foi voltar a posicionar as peças no mesmo eixo
utra
para que diminua a distância entre as peças verticais e facilite a fixação dos painéis, assim
ção
as distancias entre as juntas dos painéis ficam menore e os encaixes entre painel e
menores
estrutura tornam-se viáveis. Observações demonstradas pela figura 22
is. demonstradas 22.

Figura 22: Modelo físico montado.
Fonte: LIMA (2010).

Além disso, houve a intenção de tornar a estrutura mais simples e resistente contornando a
dificuldade apresentada no modelo anterior, para que isso fosse possível, A estrutura
ganhou uma peça única na direção vertical que tem a intenção de funcionar como ‘pilar’
(figura 23 A), apesar do peso da peça ter ficado proporcionalmente ma
icado maior ainda assim é
possível ser carregada com facilidade, como pode ser constatado pelo o projeto do Fablab
(2010) apresentado no referencial teórico. Esta modificação foi feita para que o conjunto
) ta

19


estrutural ganhasse mais rigidez este fato pode ser comprovado pelo modelo físico (figura
rigidez, do
23 B).

Figura 25: A) Peças verticais e B) Modelo sendo montado.
Fonte: LIMA (2010).

As peças que estão na direção horizontal, voltaram a ter a menor inércia, pois neste caso
em específico o sistema como um todo compensa essa fragilidade, já que a rigidez principal
acontece através do conjunto, que é união das peças por encaixe, e funciona como uma
estrutura espacial (figura 24) Outro fato que colaborou para isso foi a diminuição das
24).
distâncias entre os montantes, nesta proposição estão com apenas 61,5 cm e foram pré
pré-
dimensionadas à partir da medida padrão da chapas OSB, criando a vantagem de poder
das ndo
utilizá-las como fechamento.

Figura 24: A) Peças horizontais e os encaixes e B) peça horizontal utilizada no canto.
:
Fonte: LIMA (2010).

Houve uma evolução durante a criação dos modelos, e pode se constatar que esta foi a
pode-se
melhor solução encontrada, porém durante a montagem do modelo fo identificado um
foi
detalhe impreciso no sistema. Diferente do modelo anterior que apresentou imprecisões que
o sistema.
incapacitavam o modelo, este pode ser facilmente ajustado. Trata se da existência de duas
Trata-se
peças verticais que se encontram no canto (figura 25 e 26 impossibilitando a montagem e
26), ibilitando
da ligação com as peças horizontais. Um pequeno descolamento em uma das peças

20


verticais posicionadas no canto já seria suficiente para solucionar o desajuste da montagem
montagem.
Para o corte das peças, foi utilizado o mesmo método dos modelos anteriores de corte a
os
laser por CNC no LAPAC. O corte foi feito no laboratório da Unicamp, pelo Prof° Wilson
o
Flório e equipe.

Figura 25: Peça danificada na impossibilidade de ser montada.
25:
Fonte: LIMA (2010).

Figura 26 Perspectiva produzida pelo programa sketch-up.
26:
Fonte: LIMA (2010).

CONCLUSÃO:

A pesquisa procurou seguir todas as etapas propostas integralmente, relevando situações e
adaptando algumas questões conforme o seu andamento, todas as etapas foram
necessárias para que fossem obtidos bons resultados
resultados.

Quanto aos estudos de caso e as referencias teóricas estudadas, o principal foi entender os
processos por prototipagem ráp
rápida e o funcionamento do corte a laser por CNC através
CNC,
deles os processos direci
direcionados a habitação e sua produção em madeira ficaram mais
claros. O estudo realizado sobre a utilização da madeira em suas diversas aplicações foi de
.
extrema importância para que se fossem traçadas idéias que permitira definir os limites do
fossem permitiram
projeto, tanto no detalhamento quanto na questão estética, focando-o na intenção principal
o
da pesquisa em criar novas abordagens sobre a utilização da madeira na habitaç
habitação de
interesse social ou emerge
emergencial. Todas as pesquisas foram fundamentais para esta
produção, refletindo diretamente no resultado, cada descoberta era fruto dos estudos e das
etindo
comparações realizadas, para elucubrar a constante melhoria do projeto.

21


Consecutivamente, a cada nova proposta e modelo físico realizado através da
experimentação de diferentes composições e formas construtivas, foi possível verificar a
qualidade e as deficiências que ele apresentava para que na proposta seguinte pudessem
ser sanadas e fosse possível dar andamento à pesquisa. Os processos de produção e
criação de cada proposta foram rigorosamente documentados, através de fotos e arquivos
digitais para que a integridade dos dados pudesse ser mantida, e para que a evolução dos
processos e das propostas pudessem ser avaliadas.

Esta pesquisa procurou contribuir de forma substancial para o meio científico, da maneira
mais coerente, percebeu-se que apesar de todos os estudos realizados, ainda é apenas o
inicio de uma série de discussões a serem desenvolvidas acerca do tema no Brasil para que
esta técnica seja cada vez mais aprimorada e contribua efetivamente no combate do déficit
habitacional e/ou para o atendimento de famílias em situações emergenciais.

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<http://umtetoparaomeupaís.org.br/> . Acesso em: 20 out. 2010

AGRADECIMENTOS

Ao apoio recebido pelo LAPAC - Laboratório de Automação e Prototipagem para Arquitetura
e Construção - da Unicamp que colaborou com o corte a laser da peças para a realização
dos modelos físicos.

Contato: fvl.fer@gmail.com e cmeirelles@gmail.com

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