Estudo do processo construtivo em madeira de espaços temporários e flexíveis por meio de modelos físicos

Universidade Presbiteriana Mackenzie

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

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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011

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

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Fig. 4: Cobertura com estrutura reticulada com Fig. 5: Pórticos em seqüência Fig. 6: Formas curvilíneas
um 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 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. 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.

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Fig. 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 no
relações 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.
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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


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

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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
Fig. 34: Estudo tridimensional que mostra as
ser 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, 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. 35: Sequência de montagem de peças de corte digital.
Fonte: CARDOSO; SASS, 2008.

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Fig. 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 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
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 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.

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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 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
Fig. 43: Vedação de placas OSB. Fonte:
desse material no Brasil é a Masisa. www.arcoweb.com.br.

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

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. 13


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
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:

a
j

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

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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.
Fig. 51: Peças do Modelo 5. Fonte:
Modelo 5: cobertura curva, semelhante à desenvolvida autora, 2010.
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.

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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.

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

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, autora, 2010.
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. 60: Finalização da montagem do Modelo 8. Fonte: autora, 2010. 18


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

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
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 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.

19



Fig. 64: Finalização da montagem do Modelo 9. Fonte: autora, 2010.

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 Fig. 65: Peças do Modelo 10.
Fonte: autora, 2010.
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 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 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).

20


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-
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).


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

21


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.


22


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.

23


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

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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.

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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.

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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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