Arquitetura open source:
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital em arquitetura
Orientador
Prof° Me. Antônio Luís do Amaral Machado São Caetano do Sul 2022
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
Agradeço a todos que cruzaram meu caminho e de alguma forma me conduziram ao lugar em que estou mesmo que de forma sutil, pois acredito que nada é por acaso e a sabedoria do universo é inquestionável. Aos meus pais e todos aqueles que de tão amados se encontram na posição de família.
A todo corpo docente, colegas, gestor Enio Moro e demais funcionários da instituição, em especial aqueles que carregarei para sempre em meu coração.
Ao orientador Antonio Machado por se tor nar um grande amigo, parceiro de labora tório e orientador cheio de ideias incríveis. Agradeço por fim todas as ajudas, oportunidades e conquistas adquiridas nestes anos de graduação que aliadas a minha determinação e força de vontade me permitiram chegar neste momento tão importante.
A todos, meu agradecimento e grande carinho.
“O próximo grande salto evolutivo da humanidade será a descoberta de que cooperar é melhor que competir..”Pietro Ubaldi
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
O presente trabalho de graduação, de natureza experimental, procurou associar a relação do espaço construído com materiais menos impactantes ao meio ambiente, utilizando-se de tec nologias inovadoras em seu meio produtivo.
Objetivou-se explorar as possibilidades projetuais e de produção da arquitetura a partir de ex perimentações de modelos Open Source de projetos arquitetônicos residenciais, refletir sobre o papel da Fabricação Digital no futuro da Arquitetura e nos novos meios de produção resul tantes da indústria 4.0.
Como estudo de caso, procurou-se desenvolver o projeto de uma residência básica a partir do download de módulos digitais Open Source disponibilizados na plataforma Wikihouse. No decorrer do desenvolvimento projetual da residência, gerou-se novos módulos digitais neces sários à complementação do projeto e inexistentes na plataforma. Os novos módulos gerados foram compartilhados de volta com a plataforma Wikihouse. Como produto final, o projeto foi fabricado digitalmente, por meio de planificação e corte das peças em acrílico, para dar transparência ao protótipo, conferindo um caráter didático no entendimento de sua monta gem. Finalmente, houve a confecção de um manual básico de acesso aos produtos Wikihouse, planificação, corte e montagem do projeto, com a proposição de um canal de disponibilização de todo o processo do projeto e montagem do protótipo.
Open Source, Wikihouse, Personalização em Massa, Fabricação Digital, indústria 4.0, Arquitetu ra Sustentável, Arquitetura para Clima Tropical
The present graduation work elaborated with experimental nature, sought to associate the relationship of the constructed space with less impactful materials to the environment, using innovative technologies in its productive stage.
The aim was to explore the design and production possibilities of architecture based on experimentation with Open Source models of residential architectural projects, to reflect on the role of Digital Fabrication in the future of architecture and in the new means of production resulting from industry 4.0.
As a case study, the design of a basic standard residence was developed from the download of Open Source digital modules available on the Wikihouse platform. During the design development of the residence, new digital modules were generated that were necessary to complement the project and did not exist on the platform. These generated modules were shared back to the Wikihouse platform. As a product, the project was manufactured digitally, by planning and cutting the acrylic parts, to give trans parency to the prototype, providing a didactic character in the understanding of its assembly. Finally, a basic manual for accessing Wikihouse products, planning, cutting and assembly of the project was cre ated, as a proposal to create a channel for making available the entire process of designing and assem bling the prototype.
17 Diagrama 01: Evolução tecnológica da indústria 58 Diagrama 02: Esquema de blocos 60 Diagrama 03: Explosão da residência 63 Diagrama 04: Esquema de base nivelada 66 Diagrama 05: Base nivelada e entrada dos trilhos 67 Diagrama 06: Encaixes 67 Diagrama 07: Perspectiva sem cobertura 68 Diagrama 08: Explosão de paredes internas e cobertura
16 Gráfico 01: Dia de sobrecarga da terra em 2018
TABELA 64 Tabela 01: quantitativo de materiais
24 Imagem 01: Unidade de habitação pré-fabricada 35 Imagem 02:Casa Conectada LG 36 Imagem 03: Huaxia Star Library 37 Imagem 04: Garden Studio 38 Imagem 05: Perspectiva residência 50 Imagem 06: Perspectiva frontal externa 52 Imagem 07: Perspectiva frontal ampliada 54 Imagem 08: Perspectiva interna da sala 56 Imagem 09: Perspectiva banheiro 64 Imagem 10: Planificação de bloco
OSArc - Open Source Architecture
FLOSS - Free/Libre, Open Source Software
OSI - Open Source Initiative
M2M - Machine to Machine
IOT – Internet of Things
OMM - Organização Mundial Meteorológica
ONU - Organização das Nações Unidas
LISTA DE TERMOS TÉCNICOS
Friction-Fit Connection – técnica onde as partes construtivas são subdivididas em partes para serem montadas a posteriori por meio de encaixes. Neste, as peças são fabricadas através de
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corte em fresadoras, técnica que vem sendo propagada pela WikiHouse.
Contour Crafting – técnica que emprega métodos aditivos. De modo geral, utiliza guindastes robôs que possuem movimentação em três eixos para facilitar a deposição de materiais como concreto, cerâmica e metal, com a vantagem da precisão de construção, a exemplo da 3D prin ted house.
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O foco deste trabalho de graduação de natureza experimental; a produção e mon tagem de uma residência básica a partir do download de módulos digitais Open Source disponibilizados na plataforma Wikihouse, teve o objetivo de discutir meios mais sustentáveis da produção Arquitetônica. A pesquisa considerou o uso de um material de baixo impacto ao meio ambiente; a madeira, bem como o uso de tec nologias inovadoras de processos de projeto, compartilhamento e construção; a fabricação digital e o compartilhamento de arquivos open source.
Para tanto, realizou-se, no capítulo 1, uma revisão bibliográfica prévia aos expe rimentos, procurando dar um recorte nos principais avanços tecnológicos das 3 primeiras revoluções industriais que contribuíram para a evolução das tecnologias projetuais da Arquitetura e da Indústria da Construção até as inovações em Fabri cação Digital da chamada Revolução 4.0.
No capítulo 2, abordou-se os conceitos relacionados ao termo Open Source, e no Capítulo 3, os conceitos da Casa Open Source, abordando a plataforma Wikihouse. Finalmente, no capítulo 4 apresenta-se todo o projeto desenvolvido, com plantas, cortes, elevações, e manual básico de acesso aos produtos Wikihouse, planificação, corte e montagem do projeto.
Nas considerações finais abordou-se a análise dos resultados experimentais do trabalho, conclusões e recomendações para trabalhos futuros.
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De vital necessidade para o desenvolvimento e como principal base das sociedades passadas, atuais e futuras, os recursos naturais têm como uma de suas características sua finitude. O uso racional associado ao pensamento de sustentabilidade e as discus sões em torno da otimização são aspectos de importância e de merecido debate.
A Earth overshoot day é um projeto organizado e calcu lado pela organização inter nacional de pesquisa “Global Footprint Network”, com o objetivo de fornecer aos to madores de decisão um menu de ferramentas para ajudar a economia humana a operar dentro dos limites ecológi cos da Terra. Esta organiza ção criou o conceito “O Dia da Sobrecarga da Terra” que marca a data em que a de manda da humanidade por recursos e serviços ecológi cos em um determinado ano excede o que a Terra pode re generar naquele mesmo ano. Pelos cálculos deste projeto, em 2022, o Dia da Sobrecar ga da Terra chegou em 28 de julho, e a partir desta data mantemos esse déficit liqui dando estoques de recursos ecológicos e acumulando re síduos, principalmente dióxi do de carbono na atmosfera. O mundo se encontra diante de um futuro próximo onde a humanidade é direcionada
para grandes e mais frequentes crises de recursos naturais , resultado de décadas onde o desenvolvimento industrial incentivou grande e ir responsável consumo destes recursos. Como reflexo dessa cadeia pro dutiva devastadora, além da falta dos recursos em si, de acordo com relatório da ONU e Organização Mundial Meteorológica, também é desencadeada uma crise climática que agrava problemas já existentes e prejudica ainda mais a renovação dos recursos. Em contrapartida a este cenário não muito animador, descortina-se um significativo avanço em tecnologias de produção e design, que representam novas e mais conscientes formas de gerir recursos e con duzir cadeias produtivas.
Gráfico 01 - Dia de sobrecarga da terra em 2018 Fonte: Global Fotprint Network (2019)
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Ainda assim, quando se fala em novas tecnologias de construção sustentável não necessariamente significa que um novo material é preciso, como é o caso da madeira, historicamente encontrada desde os primórdios na ar quitetura e que recentemen te vem sendo cada vez mais aplicada de diferentes formas inovadoras na indústria 4.0, ressaltando o consumo de carbono reduzido ou até ne gativo.
A indústria 4.0 ou 4a. Revolução ampliou os campos de trans formação e inovação abertos pelas revoluções anteriores , já que segundo Mike Riley e Javier Irizarri em “Construction 4.0”, é a representação da união entre tecnologia, design e produção, que passa a integrar sistemas, otimizar tempo e reduzir o con sumo de materiais, mantendo ou agregando valor no resul tado final. Essa nova maneira de produzir se estende para as mais diversas áreas com objeti
vos de lidar com problemas antigos, atuais e futuros par tindo de um olhar mais inte grado e mais acessível.
Portanto, o estudo presen te, de natureza experimental, visa associar a relação do es paço construído com mate riais menos impactantes ao meio ambiente utilizando-se de tecnologias inovadoras em seu meio produtivo.
Diagrama 01 - Evolução tecnológica da indústria.
Fonte: Chiarot (2022)
Objetivou-se entender qual é o momento e quais são os desafios da atual tecnologia 4.0 e seus reba timentos nos processos de projeto de Arquitetura e na Construção. Analisar os avanços tecnológicos das tecnologias projetuais, entender o raio de alcance e as limitações das metodologias de compartilhamento Open Source, avaliando as possibilidades de impacto desses avanços no ensino e na prática da Arquitetura e Construção Civil.
Modelo arquitetônico habita cional fabricado digitalmen te. O modelo é uma casa de 56 m2, segundo uma base de planta livre que pode ser segmentada internamente com divisórias DryWall e tam bém pode ter suas paredes externas realocadas conforme desejado.
Procurou-se pesquisar as atuais plataformas de com partilhamento de projetos voltados para a fabricação digital de casas em madeira, bem como se dá todo o processo de compartilhamento digital desses proje tos. Como estudo de caso experimental desenvolveu -se um projeto nesse formato, com a prototipação deste projeto por meio de fabricação digital.
O projeto se refere a um mo delo híbrido de habitação unifamiliar com 02 quartos, 01 banheiro, sala, cozinha e área de serviço, levando em consi deração a dimensão dos es paços às necessidades do ser humano contemporâneo.
A metodologia do presente trabalho está organizada em três etapas: Numa primeira etapa realizou-se o levantamento histórico sobre a evolução das tecno logias na construção até a indústria 4.0 e o desenvolvimento das tecnologias de fabri cação digital.
Nesta etapa adotou-se o seguinte recorte de pesquisa: ater-se aos principais avanços tecnológicos das 3 primeiras revoluções industriais que contribuíram para a evolução das tecnologias projetuais da Arquitetura e da Indústria da Construção, e pesquisar como esses avanços culminaram com as inovações da chamada Revolução 4.0 em termos de Fabricação Digital; Numa segunda etapa desenvolveu-se um projeto residencial a partir de módulos Open Source da plataforma Wikihouse; Na terceira etapa do trabalho o projeto passou por revisão geral da planificação e pre paração para a mesa de corte a laser, com posterior montagem do protótipo fabricado digitalmente a partir do projeto residencial desenvolvido pelo sistema CAD-CAM. Todo o processo foi analisado, com identificação das falhas e carências projetuais e de ges tão, bem como carências nas metodologias de compartilhamento, gerando um manual básico, com conclusões e recomendações para trabalhos futuros.
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revoluções industriais aos dias atuais
Das Revoluções industriais aos dias atuais
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Das revoluções industriais aos dias atuais.
Segundo (BRUNA,PAU LO JÚLIO VALENTINO, 1976); a história da in dustrialização identifica -se, num primeiro mo mento, com a história da mecanização, isto é, com a evolução das ferramen tas e máquinas para a produção de bens. Bruna identifica 3 grandes fases dessa evolução: Na primeira fase, dentro dos primórdios da pri meira revolução indus trial, ocorre o nascimento das máquinas genéricas ou polivalentes. Pelo fato de poderem ser regula das livremente, não retira o trabalhador das mes mas ações artesanais an teriormente necessárias. Nesta fase o trabalhador economiza apenas sua energia muscular para a execução de tarefas, que passa a ser emprega da por diferentes meios, como energias advindas de quedas d’água e ou tras formas de geração. São máquinas capazes de executar tarefas re petitivas, cabendo ao operário comandá-las e ajustá-las. Nesta fase, o
operário ainda ficava res ponsável pela regulagem das máquinas. Bruna cita como exemplos des sa fase a retificadora de John Wikinson de 1975 e o torno paralelo de Hen ry Maudslay de 1800. Na segunda fase do pri meiro momento da me canização, as máquinas, agora motorizadas e re guladas, substituem o homem na capacidade de repetir ciclos sempre iguais. O trabalho ma nual do operário foi sub dividido em atividades unitárias mais simples e repetidas. A partir das máquinas auto regula das, ele necessitava ape nas treinar os tempos de repetições de comandos com o objetivo de obter os melhores resultados econômicos e qualitati vos da produção. Já nos primórdios do século XIX surgem as primei ras fábricas dentro des tes aspectos modernos. Dentre outros exemplos, Bruna cita a indústria têx til de Arkwright, que em 1775 já produzia fios de algodão com uma série de máquinas que se tor naram os protótipos das fiações posteriores. Bru na menciona que a partir
de 1801 ocorre a intro dução do tear jacquard nas tecelagens, e que a partir daí as produções industriais desenvolve ram-se rapidamente em todas as direções, de sencadeando o que cha mamos de produção em massa. Surgem as linhas de montagem como hoje a entendemos, nos seus primeiros exem plos com a montagem de vagões ferroviários. Em 1912 Henry Ford cria sua primeira linha de montagem. O produ to caminhava na linha de montagem enquanto os operários iam agregando partes da sua confecção. O equipamento de trans porte conhecido como transfer foi introduzido em 1923.
No campo da arquite tura, no que se refere à inegável ameaça de mo notonia e uniformidade, já em 1924, W. Gropius ao tratar da habitação industrializada esclareceu que é um engano supor que a arquitetura será desprestigiada devido à industrialização da cons trução. Para Gropius, a escala da produção em série seria como um jogo
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de construtor em gran de escala, composto por peças normalizadas de produção industrial não limitadas em sua varie dade de composições, mas dependente da ca pacidade criativa do ar quiteto.
A pré-fabricação de unidades habitacionais por meio da subdivisão da construção em partes para montagem in loco já surgia entre os séculos XVII e XIX; como forma de facilitar a colonização do território australia no, a Inglaterra já trans portava abrigos simples estruturados por meio de quadros de madeira para montagem no local.
Ao final do século XIX, também na Inglaterra, unidades habitacionais unifamiliares fabricadas por meio de sistemas de pré-corte de madeira já eram comercializadas pioneiramente pela com panhia Aladdin Homes. No mesmo período, nos EUA, o método balloon frame também era po pular. Compreendia-se, já naqueles anos, que es ses processos reduziam resíduos, aumentavam a velocidade de produção,
revoluções industriais aos dias atuais
melhoravam a precisão e diminuíam o tempo de construção (Smith, 2011) apud (BRANCO; CANU TO; CANTALICE, 2017)
(BRUNA,PAULO JÚ
LIO VALENTINO, 1976) a terceira fase inicia-se em torno dos anos 50 deste século, dando origem ao processo que muitos au tores chamam de Segun da Revolução Industrial, onde assiste-se de forma gradual a substituição das atividades humanas no processo por apa relhos mecânicos e ele trônicos, genericamente falando, de automação dos processos. Graças a esta fase, o homem pode libertar-se dos excessos de repetições que as pri meiras linhas de mon tagens impunham aos trabalhadores, situação parodiada por Charles Chaplin no filme Tempos Modernos de 1933
Ao longo do século XX, o desenvolvimento da pré -fabricação acompanhou transformações trazidas pela industrialização, aproveitando-se de pro cessos e tecnologias de produção advindas do fordismo,
orientando-se por prin cípios de padronização, produção em massa e permutabilidade, capa zes de fornecer produtos mais precisos e diminuir o tempo de produção. Esses desenvolvimentos tiveram grande impacto na produção de arquite tura moderna, especialmente na produção de arquitetos como Walter Gropius, Jean Prouvé, Mies Van der Rohe e Frank Lloyd Wright. Sis temas de habitações pré-fabricadas classifica dos como kit-of-houses; painéis, volumétricos e semi-volumétricos (Vota va, 2006) apud (BRANCO; CANUTO; CANTALICE, 2017) ocuparam espe cial lugar no repertório da arquitetura moderna e, em particular, no tra balho desses arquitetos.
A primeira geração de processos automatizados corresponde às máquinas auto - acionadas, que continuavam a repetir séries de ciclos enquanto es tivessem ligadas. Num segundo momento os au tomatismos foram ampliando o campo de atuação. Surgiram mais tarde as máquinas que lêem pro gramas operativos e que executam programas por meio de fitas magnéticas, dentadas ou perfuradas, como as centrais automáticas de produção de con creto, com diversas composições automatizadas. Es tas evoluções constituem-se base dos princípios da Fabricação Digital.
O desenvolvimento de tais automatismos ampliou -se para outros processos de fabricação, bem como para processos de transportes e deslocamento de materiais, para métodos de inspeção e controle, criação de novos materiais e até para o controle da cadeia de produção visando o meio ambiente, ultra passando o conceito tradicional M2M (machine to machine ou máquina para máquina) e envolvendo uma variedade de aplicações, domínios e protoco los; o conhecido conceito “internet das coisas” pro posto por Kevin Ashton em 1999, a partir de pesqui
sas realizadas no MIT (EUA).
De acordo com (BRANCO; CANUTO; CANTALICE, 2017) a partir da segunda metade do século XX, a dissemina ção das tecnologias CAD, CAM e CNC levaram à au tomação de processos in dustriais. Essas tecnologias, antes restritas às indústrias automobilística, naval e ae roespacial, migraram para a indústria da construção com significativo impacto nos sistemas de pré-fabricação. Esse conjunto de ferramen tas, técnicas e processos au tomatizados de construção tem sido denominado na literatura como ‘Fabricação Digital’.
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Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
Definições de (“Open Source Architecture (OSArc)”, [s.d.])
OSArc não está apenas relacionada com a pro dução; recepção de um determinado projeto crítico, público, clien te, relacionado a pares. Muitas vezes pode fazer parte do próprio projeto, criando um ciclo de fee dback que pode funda mentar ou desancorar a intenção de um projeto e acaba se tornando parte dele, com consequências positivas e negativas.
OSArc substitui arquite turas de forma geométri ca estática pela introdu ção de processos, redes e sistemas dinâmicos e participativos. Os envol vidos enxergam as OSArc de forma diferenciada, seja pelo código de mas sa, pelas relações acima das composições, pelas redes de trabalho acima das estruturas, adapta ções acima das surpre sas.
Seu propósito é o de transformar a arquite
tura de um mecanismo de entrega inflexível (de cima para baixo) para um sistema ecológico trans parente, inclusivo, in cluindo o vetor de baixo para cima (democrático), mesmo que ainda inclua mecanismos de cima para baixo.
OSArc conta com ama dores tanto quanto pro fissionais experientes, tanto com o gênio da massa quanto a do in divíduo, erodindo a dis tinção binária entre autor e público.”
(VARDOULI; BUECHLEY, 2014) recorda que um dos pioneiros do Sof tware Livre: Richard Stallman critica o uso da expressão FLOSS fora de contextos da ideologia e metodologia. Para Stall man; FLOSS (Free/Libre, Open Source Software) seria específico do software: O termo “código aberto” foi ampliado ain da mais por sua aplica ção a outras atividades, como governo, educação e ciência, onde não exis te código-fonte e onde os critérios para licencia mento de software sim plesmente não são perti
nentes. A única coisa que essas atividades têm em comum é que de algu ma forma convidam as pessoas a participar. Eles estendem o termo tan to que significa apenas “participativo”.
A primeira causa desses equívocos é a confusão sobre as diferenças fi losóficas entre “livre” e “código aberto”. Há uma diferença entre a orien tação socialista do Sof tware Livre de Richard Stallman e a abordagem libertária da Open Sour ce Initiative (OSI) de Eric Raymond Stallman argumenta que a liberdade de acessar, compartilhar e modifi car o código-fonte do software deveria ser um direito humano funda mental. Por outro lado, Raymond e o OSI ado tam uma abordagem utilitária e orientada para os negócios, argumen tando que as práticas de código aberto permitem um desenvolvimento de softwares mais rápidos e melhores.
Como Stallman lamenta, em muitos casos a ex
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pressão “open source” é usada de forma opor tunista por suas conota ções culturais positivas, com pouca consideração de seu significado real.
Em particular, a ausên cia de código-fonte – ou uma entidade análoga –em muitas das disciplinas que adotam a retórica de código aberto pode levar a apropriações vazias, até mesmo sem sentido.
Outro ponto de contro vérsia é a suposição co mum de que “código aberto” é sinônimo de “empoderamento” ou “democratização”. Não está claro que este seja o caso, mesmo no domínio do software.
Também traz à tona questões de longa data sobre o papel do usuário no processo de proje to arquitetônico. A visão de uma arquitetura centrada no usuário, que foi revivida por recentes dis cussões ciberculturais de democratização, tem rica precedência histórica. O emprego da computa ção como meio de ca pacitar não especialistas a projetar seus próprios ambientes sem a me
diação do arquiteto foi uma visão muito popular nas décadas de 1960 e 1970. Designers e teóri cos, incluindo a arquiteta húngara Yona Friedman, o designer norte-ame ricano Christopher Alexander, Nicholas Negro ponte e o Architecture Machine Group do Mas sachusetts Institute of Technology (MIT), o ar quiteto holandês John Habraken e muitos ou tros, apresentaram uma série de propostas para sistemas de design parti cipativo que parecem al tamente relevantes hoje.
Segundo (VARDOU LI; BUECHLEY, 2014) A arquitetura de código aberto atualmente está emergindo como uma bricolagem ampla e in coerente das visões não cumpridas de design participativo mediado por tecnologia com as perspectivas pragmáticas e ideológicas do FLOSS. A seguinte definição de Carlo Ratti et al., publi cada na revista Domus, é um exemplo ilustrativo: Open Source Architec ture (OSArc) é um para digma que descreve no vos procedimentos para
o projeto, construção e operação de edifícios, infraestrutura e espaços. A partir de referências tão diversas como cul tura de código aberto, teoria arquitetônica de vanguarda, ficção científica, teoria da linguagem e outras, descreve uma abordagem inclusiva ao design espacial, um uso colaborativo de softwa re de design e a opera ção transparente ao lon go da construção de um ciclo de vida da cidade. Esta citação posiciona a arquitetura de código aberto na interseção do discurso historicamente rico sobre design orien tado ao usuário e a cres cente cultura de código aberto. A ambiguidade e amplitude dessa defini ção lembram a crítica de Stallman sobre a equa ção de “código aberto” com “participativo”. Isso convida a contemplar se a arquitetura de código aberto é apenas um ró tulo vazio ou se caracte riza um esforço coerente e distinto para trazer e dar sentido às mudanças paradigmáticas na disci plina da arquitetura. Várias experiências de
desenvolvimento de projetos habitacionais disponibilizados como Open Source tem sido desenvolvidas a partir das experiências da Fabricação Digital e sobretudo do desenvolvimento da cultura de Compartilhamento, disseminada particularmente pelo crescimento da comunidade mundial de Laboratórios de Fabricação Digital e da rede mundial de FabLabs. Um desses exemplos é relatado por (BRANCO; CANU TO; CANTALICE, 2017): “Recentemente, Passaro & Rohde (2014) construíram a Casa Revista, um modelo de habitação de interesse social que empregava sistemas de construção fabricada digitalmente com o propósito de equacionar questões como o acesso à moradia no Brasil e a autoconstrução. A habitação foi pensada para o clima tropical, partindo do arquétipo da casa brasileira, cobertura de duas águas e aberturas zenitais para circulação de ar, melhorando a qualidade térmica e a ilumi nação natural. O projeto possibilitava a personalização, não apenas pelo acabamen to, mas também pela facilidade de expansão, redução e combinação de arranjos (Passaro & Rohde, 2014, p.06). Além disso, foi desenvolvida uma estratégia de com partilhamento do projeto, por meio de uma revista, para que pudesse ser vendida em qualquer banca de jornal, em um formato mais acessível ao grande público.”
Ainda de acordo com (BRANCO; CANUTO; CANTALICE, 2017); experimentos proje tuais oriundos da prática profissional ou da pesquisa acadêmica, demonstram que a aplicação da fabricação digital à produção de habitação é uma realidade, porém ainda pouco explorada pela construção civil, possivelmente, pela limitação das téc nicas no que se refere à construção de grandes estruturas. Porém, seu impacto pode ser melhor mensurado quando se observa a emergência e disseminação global das WikiHouses.
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
O grupo Wikihouse de senvolve sistemas open source de construção para habitação, englo bando três aspectos: de senvolvimento de plugin para software; constru ção de protótipos em escala real; e desenvol vimento de plataforma virtual aberta para a tro ca de dados e informa ção. Qualquer pessoa pode, em teoria, propor um projeto piloto (BETA) - um modelo de moradia WikiHouse que possa ser utilizado por outros usuários. Em 2016 eram disponibilizadas 5 biblio tecas de arquivos, 35 ar quivos individuais, além de o projeto ter 104 en volvidos, 210 repositórios e 5 projetos em desen volvimento (WikiHouse, 2016) apud (BRANCO; CANUTO; CANTALICE, 2017).
Atualmente a Wikihouse disponibiliza o sistema Skylark 250; o principal sistema de construção da WikiHouse. Destina -se a ser utilizado em edifícios isolados de 1 a 3 pisos. O número 250
refere-se simplesmente à espessura do isolamento nas paredes.
Os kits de design con têm todos os blocos em um único modelo 3D e um exemplo de como os blocos podem se en caixar para formar um chassi. Estão disponíveis em vários formatos, com diferentes níveis de de talhe: os simples; para a modelagem de um chas si 3D preciso usando blo cos padrão, sem sobre carregar a memória do software utilizado para o desenvolvimento do projeto, e os detalhados; que incluem não ape nas blocos, mas também suas partes, destinados a trabalhar com modelos de chassi altamente de talhados ou mesmo criar blocos personalizados.
Há a disponibilização de arquivos para Sketchup; Rhino; Autocad; Blender Design e IFC, incluindo 45 arquivos individuais para a composição de pisos, paredes, portas, janelas, telhados e peças de detalhes de encaixes e travamentos.
O site também disponi biliza 4 manuais: um ma nual de projetos para ar quitetos e designers; um
manual com orientações para a operação da CNC e montagem das peças; um manual para orien tações da montagem da casa no canteiro de obras e um manual vol tado para engenheiros estruturais que inclui pa râmetros de performan ces e alguns exemplos aplicados.
A plataforma disponibi liza canal para o recebi mento de feedbacks; seja no sentido de receber su gestões de melhorias ao sistema Skylark, ou mes mo para receber contri buições com o desenho de novos componentes construtivos. Também abriram espaço para a comunidade Wikihouse, compartilhando notícias, fóruns de discussões, eventos e compartilha mento de fornecedores de serviços e monta gens (este por enquanto apenas no Reino Unido; origem do sistema Wi kihouse)
Segundo (BRANCO; CANUTO; CANTALICE, 2017) a fabricação digital apresenta grande poten cial para a produção de unidades habitacionais pré-fabricadas, seja com o propósito de atender
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demandas de persona lização em massa, inte resse social ou situações emergenciais pós-desas tre. Nos últimos anos, di versas investigações vêm sendo desenvolvidas no sentido de aplicar técni cas de fabricação digital à produção de habitação, por meio de métodos como o Contour Crafting e o Friction-Fit connec tion.
Pelo método FrictionFit Connection as peças são fabricadas através de
corte em fresadoras, téc nica que vem sendo pro pagada pela WikiHouse, uma plataforma aberta de construção cujo ob jetivo é desenvolver uni dades habitacionais e compartilhá-las na web, disponibilizando pro jetos para download e impressão em máquinas CNC. Apesar dos cria dores do WikiHouse te rem o intuito de promo ver soluções rápidas de construção de habitação,
bem como defenderem a adaptação desse sistema a diferentes contextos ambientais, econômicos e socioculturais, sua ade quação não é tão sim ples. De modo que, seu uso indiscriminado, sem considerar essas adapta ções ao contexto, pode resultar em prejuízos para o desempenho da habitação. A principal ca racterística desse sistema é o encaixe, que permite a montagem e desmon
tagem do artefato arquite tônico sem necessidade de pregos, parafusos ou co las, mas apenas de peque no grupo de pessoas para execução. Trata-se de sis tema similar a um quebra -cabeça, cujas partes são desenhadas com encaixes para facilitar a montagem, garantindo rapidez de exe cução e flexibilidade, uma vez que peças podem ser desencaixadas, alteradas, ampliadas ou reduzidas. Em geral, são montados quadros da estrutura da habitação e, em seguida, peças são erguidas e en caixadas. Usualmente, os materiais empregados são madeira, painéis OSB ou MDF, aspecto pelo qual as casas precisam ser ele vadas do solo (umidade) e construídas sobre base de concreto, pedra ou outro material sólido. Pelo mes mo motivo, as casas preci sam receber tratamentos impermeabilizantes em suas fachadas e cobertura, tendo como possibilida de o uso de metodologias de isolamento físico da madeira do contato dire to com o intemperismo externo, como a metodo logia de Fachadas Ventila das, dentre outras. De acordo com Passa
ro & Rohde (2014, p.5) apud (BRANCO; CANU TO; CANTALICE, 2017), “o sistema proposto pela WikiHouse funcio na com pórticos forma dos por peças de chapa de madeira compensada cortadas em fresadora CNC. As peças do pórti co são unidas por uma junção em “S”, e o pór tico duplicado com o sentido do “S” invertido para garantir rigidez à junção. Os travamentos entre pórticos são feitos com peças transversais que se cruzam por orifícios no pórtico e são fixadas com cunhas. Esse sistema trava a estrutu ra nas três direções sem fazer uso de parafusos, apenas com encaixes de
peças de madeira compen sada. Tem-se o esqueleto da estrutura que é contra ventado com a fixação de chapas de compensado de fechamento que se encai xam em abas da estrutura. Para (BRANCO; CANUTO; CANTALICE, 2017) a adap tação desses sistemas a diferentes realidades am bientais não é tão simples como vêm sendo divulgada pela Wikihouse. A adapta ção ao contexto ambiental brasileiro - em particular, aos trópicos no Nordes te do Brasil, por exemplo, exige soluções técnicas sofisticadas que acabam por inviabilizar ou encarecer o custo da moradia. No que diz respeito às adaptações necessárias ao clima brasileiro, (BRANCO;
CANUTO; CANTALICE, 2017) adotaram como re ferência em seus experi mentos os ensinamentos de Armando de Holanda em seu manual Roteiro para Construir no Nordes te (1976), Holanda elen cou um conjunto de nove estratégias que permitem projetar e construir, visan do um “melhor desempe nho da edificação como
instrumento de ameni zação dos trópicos” (Ho landa, 1976, p.15) – “criar uma sombra, recuar as paredes, vazar muros, proteger as janelas, abrir portas, continuar os es paços, construir com pouco, conviver com a natureza e construir fron doso”. (HOLANDA, 1976, p.1565).
Um exemplo de aplicação recente desta tecnologia ocorreu na edição da Casa Cor São Paulo 2021, ocor rida de 21 de Setembro a 15 de Novembro. O Estudio Guto Requena em parceria com a PAX Arquitetura fo ram os autores do projeto, intitulado Casa LG ThinQ (patrocinada pela empresa LG); um projeto colaborati vo de fabricação digital que buscou disseminar esse método construtivo susten tável a partir da platafor ma global de colaboração da Wikihouse. A casa utili zou-se dos módulos Open Source da Wikihouse e foi batizada de Casa Conec tada, por estar conectada com as novas tecnologias, construída a partir de cha pas de compensado naval de pinus, usinadas em má quina CNC e montadas so mente por encaixes. A plan ta foi desenvolvida em três eixos de pórticos articula dos por um módulo conec tor e revestidos com placas pré-fabricadas em madeira que montam paredes e teto, gerando uma planta em Y, que foi implantada na cobertura do evento, mon tado em um edifício anexo ao Allianz Park (Palmeiras); o Parque Mirante.
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
Imagem 06 - Perspectiva externa frontal Fonte: Chiarot (2022)
Imagem 07 - Perspectiva externa frontal ampliada Fonte: Chiarot (2022)
Imagem 08 - Perspectiva interna salas e cozinha Fonte: Chiarot (2022)
Imagem 09 - Perspectiva interna banheiro Fonte: Chiarot (2022)
Para acessar a perspectiva em 360° da sala aponte a câmera:
Este manual tem como objetivo simplificar com linguagem clara o pro cesso logístico e cons trutivo da residência já abordada anteriormen te e por isso os gráficos desenvolvidos levam em consideração o quantita tivo do projeto aborda do, gerando menos re síduo e proporcionando maior precisão logística.É de suma importância se atentar em todas as eta pas, principalmente as que precedem a obra em si, pois elas que definirão o tempo, organização e qualidade do resultado final.
O projeto modelo cita do anteriormente serve como norteador para a estrutura da residência, mas como será aborda do a seguir sua varie dade de acabamentos e caixilharia pode ser ex tremamente diverso.
O espaço Antes de iniciar seu cro nograma de obras, é pre ciso agendar o plano de corte em um lugar que tenha disponível uma máquina de corte Router CNC que é a peça-chave
do projeto com mesa de corte normal, cabendo as chapas de compensado 1220x2440mm. Levando em consideração que se trata de uma quantidade considerável de chapas, é recomendável que o cor te seja feito em um espa ço com recuo suficiente para armazenamento da matéria-prima e que deve preferencialmen te estar próximo a uma área de carga e descarga. É importante mencionar que o tempo de corte de todos os blocos pode va riar muito de acordo com o lugar escolhido, pois depende da agenda dis ponível do local de corte e também do espaço fí sico para armazenamen to e manuseio das peças, sendo que é recomen dada uma área de 50m² que precisa estar plana, seca, protegida da luz do sol e arejada para a má quina, circulação e arma zenamento, uma vez que os fatores do ambiente podem acarretar em da nos no material.
Outro espaço impor tante que deve se levar em conta é o espaço de montagem dessas peças, que pode ser feito na obra ou no local de corte
e será abordado futura mente. É recomendável que a pré montagem destes blocos seja feita ainda no local de corte, mas como algumas das áreas de corte podem não ser muito amplas é preciso considerar espa ços para empilhamento das peças do bloco, cir culação das peças, mon tagem, armazenamento do blocos e bancadas de trabalho com maquiná rio básico de marcenaria como martelo e serra, por exemplo. Ainda sobre áreas físicas, após a pré-montagem dos blocos de piso, pa rede e telhado é preciso reservar espaço de ar mazenamento de apro ximadamente 30m² para todos os blocos do pro jeto, considerando em pilhamento de até três fileiras de blocos. Para o caso de transportar esses blocos em caminhões, considerar a altura de 2,5 metros da parede, que é o maior bloco. No caso do transporte dos blocos de piso, recomenda-se que estejam pré-mon tados em até três partes para facilitar o manuseio e carregamento.
Diagrama 04 - Base nivelada Chiarot, (2022)
Mesmo se tratando de uma obra com geração mínima de resíduos, não se pode esquecer que eles são inevitáveis, e sua reutilização, reciclagem ou descarte correto são fundamentais. No caso das serragens promo vidas pelo corte da ma deira na CNC, pode se destinar para diversos usos como geração de energia para aquecimen to, reciclagem ou então doadas para companhias de trânsito que utilizam serragem para acidentes com óleo na pista.
Espaços da obra Ainda que seja uma obra rápida, é preciso que alguns espaços sejam criados para conforto e segurança. Portanto, su
gere-se que seja cons truído um abrigo para depósito de demais ma teriais, banheiro e espa ço para descanso.
Saúde e segurança Como um dos principais objetivos deste projeto é garantir que não haja a necessidade de mão de obra qualificada para a execução in loco, é ne cessário tomar algumas precauções na preven ção de acidentes, como por exemplo manter um kit de primeiros socorros industrial, uma avalia ção de riscos completa, e Equipamentos de prote ção individual (EPI) como proteção para os olhos, protetores auriculares, luvas e calçados com bi queira de proteção.
Os arquivos de corte po dem ser acessados atra vés do link anexado no formato DXF, que é o ideal para máquinas de configuração CNC. Os arquivos estão já em escala correta e di mensionados de acor do com uma chapa de 2440x1220mm, sendo estruturadas as camadas de corte pelo seguinte esquema de cores:
DONOTCUT (branco): Informações apenas para fins de instrução
0_SHEET_SPRUCEPLY_2440X1220X18 (vermelho): limite de material de madeira compensada para referência
1_ANYTOOL_1MMDEEP_LABELS (amarelo): Rótulos de texto de linha única em ‘fonte Monotxt’. Você pode usar seu software CAM para converter em curvas e gravar a 1 mm de profundidade.
2_ANYTOOL_1MMDEEP_SCREWMARKS (laranja): Ocasionalmente usado para marcar ‘dinks’ para pregos/parafusos durante a montagem.
3_ANYTOOL_CUTTHROUGH_INSIDE (ciano): Ranhuras internas, cortadas na linha interna
4_ANYTOOL_CUTTHROUGH_OUTSIDE (azul): Perfil externo das peças, corte através da linha externa
5_ANYTOOL_HALF_MILL_9MM_INSIDE (verde): cavidade ou área fresada até 9MM de rofundidade
Quantitativo de materiais
Subdivisão
Item Qtde chapas Total
Wall/Parede
SKYLARK250_WALL-M 38 2 76 SKYLARK250_CORNER-M 4 1,5 6 SKYLARK250_DOOR-M1 3 1 3 SKYLARK250_WINDOW-M1 2 2 4 SKYLARK250_WINDOW-C1 4 2 8
Roof/Telhado SKYLARK250_ROOF-G 34 4 136
Acabamento do telhado SKYLARK250_VERGE-G 2 7 14
Travamento do telhado - meio SKYLARK250_COMB-G/MID-Y1 12 1 12 Travamento do telhado - fim 1 SKYLARK250_COMB-G/END-Y1 4 0,5 2
Travamento do telhado - fim 2 SKYLARK250_COMB-G/END-Y2 4 1 4 Piso SKYLARK250_FLOOR-L 17 4,5 76,5
Acabamento do piso SKYLARK250_END-L 2 4,5 9
Travamento do piso - meio SKYLARK250_COMB-A/MID-1 16 2 32 Travamento do piso - fim 1 SKYLARK250_COMB-A/END-Y1 4 0,5 2
Travamento do piso - fim 2 SKYLARK250_COMB-A/END-Y2 4 1 4
Travamento do piso - fim 3 SKYLARK250_COMB-A/END-X2 8 1 8
Total de chapas 396,5
Tabela 01 - Quantitativo de materiais Chiarot, (2022)
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
Aseguir, exemplo do arquivo DXF para bloco de parede.
Imagem 10 - Planificação de bloco Chiarot, (2022)
Os arquivos em DXF disponíveis devem ser transformados em G-CODE por software CAM da preferência do operador da CNC.
Recomendações de maquinário CNC
É recomendado o cor te com fresas entre 9,5 - 12,5mm para cortar em uma única passada a chapa de 18mm. Máquina com troca de fresas automática (ma gazine)
Câmaras a vácuo para impedir a movimenta ção de peças durante a usinagem. A velocidade de avan ço de cada fresa, assim como a quantidade de passagem variam de acordo com as fer ramentas disponíveis. Consulte o operador de CNC.
Materiais
É considerada a chapa de compensado com espessura de 18mm com dimensões de 2440x1220mm, e é im portante citar que po dem haver variações pequenas na espessura do material bem como seu preenchimento, por
isso deve-se escolher uma chapa de qualidade.
Para regiões de climas mais frios e estações mais defini das, é recomendado o uso de lã de rocha no interior dos blocos para garantir maior isolamento térmico. No caso de países tropicais, o uso deste material não é necessário.
Como pode ser construída em uma gama de diversas topografias, é necessário que haja um estudo básico para que seja escolhida a melhor fundação de acor do com o tipo de solo.
A base com fundações pre cisa garantir que a cons trução em madeira esteja
no mínimo 20cm acima do solo para facilitar a pas sagem de infraestrutura e manter a ventilação natu ral. É necessário garantir a impermeabilização na in terface entre a base e o tri lho que será aparafusado.
Com a fundação pronta, é preciso a instalação de ‘trilhos’ de madeira tratada parafusados às bases .Eles precisam seguir todo o pe rímetro que será realizada a construção com tolerân cia de +- 5mm e precisam estar nivelados. Em segui da, os travamentos das pa redes internas devem ser posicionados nos trilhos e fixados com placas de aço em I ou L, e devem ser po sicionadas a cada 2 m.
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Inserindo os blocos
Com os trilhos posicio nados, pode-se iniciar a instalação dos blocos de piso e parede, e se possí vel é recomendada a im permeabilização inferior do piso antes da instala ção com a manta de sua preferência. Conforme a instalação avança, é importante pu xar os pontos hidráulicos por dentro das passa gens estruturais como previsto em projeto. Atenção para os três ti pos de travamento que devem ser realizados:
- Travamento de trilhos, posicionados simultane amente ao encaixe dos blocos de piso e parede - Travamento posterior, que se parecem com cai bros e servem para unir os travamentos internos com os blocos de piso e parede - Travamento tipo borboleta, que unem as pa redes
Após a instalação dos pi sos e paredes, pode ser posicionada a estrutura do telhado e em seguida posicionada a camada de
impermeabilização que preferir, mas a sugestão é de manta impermeabi lizante.
Caixilharia Com a edificação prote gida da umidade, pode se realizar a instalação das aberturas como por tas e janelas. A escolha das janelas é livre, assim como seu material de requadro que pode ser uma pedra, como citado no exemplo do projeto. No projeto modelo fo ram utilizadas janelas com abertura máxima para maior ventilação, e no caso do fechamento frontal foi escolhida cai xilharia sob medida com janelas para melhor ven tilação e iluminação.
Diagrama 06 - Encaixes Chiarot, (2022)
Diagrama 07 - Perspectiva sem cobertura Chiarot, (2022)
Fachada ventilada Após a caixilharia é pre ciso adicionar mais uma camada de proteção para a construção, por isso é ideal a construção de uma fachada venti lada que também trará maior conforto térmico para a casa. O material de revestimento desta fachada pode ser muito variado e é preciso cal cular nas etapas iniciais do projeto, uma vez que pode representar parte significativa do orçamen to. No caso do projeto exemplo foi escolhido o revestimento de pedra
Paredes internas Para divisórias internas, a opção mais prática é a parede de Drywall sim ples para os dormitórios e resistente a umidade para o banheiro. Nas pa redes estruturais da cozi nha e do banheiro reco menda-se ainda que seja reforçada a impermeabi lização.
Revestimentos internos Para os revestimentos in ternos a escolha também é livre, reiterando apenas que se for escolhido deixar no material da madeira es trutural aparente, é preci so selar todas as possíveis aberturas oriundas dos re cortes das peças.
natural para a fachada ventilada, o que aumen taria consideravelmente seu custo, mas também pode ser feita com telha cerâmica, madeira trata da/autoclavada ou telha sanduíche.
Diagrama 08 - Explosão de paredes internas e cobertura Chiarot, (2022)
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
Considerações e conclusões finais
O termo código aberto ou fonte aberta (do in glês Open Source); ter mo originário da primei ra geração de softwares disponibilizados ao pú blico pela empresa IBM; onde o código fonte era livre, vem sendo utiliza do na prática de com partilhamento de arqui vos digitais de idéias, criações e softwares, e vem se confirmando como um grande alia do da produção humana nas mais variadas áreas.
Um dos pioneiros do Software Livre: Richard Stallman, critica o uso da expressão FLOSS (Free/ Libre, Open Source Sof tware) fora dos contex tos originais da ideolo gia e metodologia; onde os detentores do Open Source compartilhavam inclusive o código-fonte para uma efetiva contri buição mútua entre de senvolvedores dos sof twares que geram os projetos. Autores como Eric Steven Raymond e o OSI (Open Source Initiative) adotam uma abordagem utilitária e orientada para os negó
cios, argumentando que as práticas de código aberto permitem um desenvolvi mento de softwares mais rápidos e melhores.
A abertura do código fonte possibilitaria desenvolvi mentos mais rápidos e efi cazes de softwares e idéias, porém está no campo do mundo ideal. No mundo real a abertura do código fonte está sempre condi cionada às questões co merciais do mercado.
Independentemente da discussão sobre o código fonte, para que o Open Source ocorra com ple no sucesso da idéia a ser compartilhada, é necessária uma comunicação clara e objetiva, canais de com partilhamento acessíveis; tanto para o fornecimento de produtos, como para o recebimento de sugestões e canais abertos para fó runs de debate e troca de idéias a respeito daquele determinado processo de projeto.
A experiência do presente trabalho de conclusão de curso se mostrou boa por atingir os objetivos iniciais de refletir sobre a viabili dade do uso e execução do
código livre e sua adapta ção para países tropicais. Os arquivos compartilha dos estavam com a vanta gem de apresentar ótima configuração para corte e alta qualidade dos ar quivos como divisão de layers e definição de dife rentes usinagens. Durante o processo de adaptação do projeto foi necessária a modificação de alguns blocos para atender com maior efetividade o pro grama de necessidades aliada a configuração tra dicional de uma residência brasileira.
O envio de volta para a plataforma da proposta de um módulo novo ocorreu com facilidade, já que a plataforma disponibiliza canais para envio de no vos blocos ou blocos mo dificados, mas como existe um prazo para avaliação e resposta os blocos foram disponibilizados na plata forma ISSUU junto ao ca derno descritivo e de mon tagem.
Várias experiências de de senvolvimento de projetos habitacionais disponibili zados como Open Source têm sido desenvolvidas a partir das experiências da Fabricação Digital e sobre
Modelo habitacional como aplicação da fabricação digital na arquitetura
tudo do desenvolvimento da cultura de compartilha mento, disseminada sobre tudo pelo crescimento da comunidade mundial de Laboratórios de Fabricação Digital e da rede mundial de FabLabs.
No tema específico da ha bitação, conclui-se que a possibilidade de comparti lhar projetos habitacionais via Open Source e com o esforço facilitador da rede de FabLabs pode ser uma nova maneira de dar aces so à habitação de forma mais rápida e democrática, contribuindo com os esfor ços de redução de déficits habitacionais do país.
BRANCO, B.; CANUTO, R.; CANTALICE, A. Fabricação Digital Aplicada à Habitação de Caráter Emergencial: Um estudo sobre a adaptação de WikiHouses ao contexto ambiental brasileiro. Blucher Design Proceedings. Anais... Em: XXI CONGRESO INTERNACIONAL DE LA SOCIEDAD IBEROAMERICANA DE GRÁFICA DIGITAL. Concepción, Chile: Editora Blucher, nov. 2017. Disponível em: <http:// www.proceedings.blucher.com.br/article-details/27646>. Acesso em: 13 out. 2022
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