N
a mesma medida que a complexidade do ambiente construído tende a aumentar cada vez mais, cresce a demanda pela racionalização de processos, do uso consciente de recursos materiais e por uma visão integrada do edifício com a cidade e seus moradores. Em meio a tantas mudanças, engenheiros e arquitetos podem reavaliar seus papeis na construção, debruçando-se não só sobre a forma ou a estrutura, mas abrindo os olhos para a “metodologia de fabricação”. Neste cenário, arquitetos, engenheiros civis e engenheiros de materiais trabalham em conjunto e colaborativamente sobre processos. Um workflow descontínuo pode ser substituído por um desenvolvimento integrado desde as etapas iniciais do projeto no qual cada um contribui segundo a sua expertise. Logo, abrem-se novos caminhos a serem explorados partindo da definição dos materiais, seguida da sua melhor estruturação e que resulta em uma forma. Este trabalho final de graduação procurou desde a concepção firmar suas decisões projetuais em discussões integradas entre arquitetura e engenharia de estruturas. Para tanto, um campo comum de trabalho foi estabelecido por meio de algoritmos, o que facilitou idas e vindas de possíveis respostas para os problemas que surgiram no caminho. Resultados preliminares indicam o sucesso desta abordagem para geometrias complexas, como por exemplo a redução da massa da estrutura e a redução do ganho térmico por radiação direta. Pensar o edifício como uma união de sistemas com certa independência entre si também favoreceu um processo colaborativo. Paralelamente ao desenvolvimento da cobertura do edifício houve o
trabalho no auditório, sendo definidos os inputs e outputs de um sobre o outro ao longo do projeto. Posto o problema de viabilizar um auditório com cerca de mil e quinhentos lugares e assimétrico, as regras geométricas para boa visibilidade que normalmente são traçadas manualmente foram traduzidas para algoritmos. Essa abordagem permitiu que um único código criasse infinitas propostas, alcançando uma personalização em massa das arquibancadas. Consequentemente, foi possível explorar diversas conformações e analisar em tempo real sua eficiência. A aplicação em um templo protestante deu ao projeto uma grande liberdade de aplicar estes conceitos dentro das condicionantes programáticas. A proposta do templo buscou cobrir as características peculiares destes espaços e prover a estrutura para seu programa. Também, foi previsto que a sua construção seja feita em etapas segundo o tamanho e os recursos da comunidade de fiéis, sendo que, ao final do ciclo de vida, o edifício pode ser desmontado, o que é legítimo pela transitoriedade do sagrado e as mudanças nas configurações comunitárias e urbanas. Portanto, este trabalho fez uma prova de conceito da colaboração entre profissionais e emprego de algoritmos no projeto de novos edifícios. Os resultados obtidos reforçam que essa metodologia pode ser replicada em outros contextos e programas. Muitos dos temas abordados brevemente aqui podem ser aprofundados e explorados em trabalhos futuros. Um novo horizonte desponta no presente e caminhos se abrem nos quais a integração e colaboração são os principais mecanismos de estruturação da forma.
Conceito e partido
Metodologia colaborativa de projeto
OVO
BOX IN BOX
CO
M
PARQUE E CENTRO COMUNITÁRIO ATIVIDADES
UN
ID
AD
PEV A
REFINAMENTO DA ESTRUTURA
RECEPÇÃO
ESPAÇO MULTIUSO
CARGA E DESCARGA
ATIVIDADES ESPORTIVAS
JARDIM CONTEMPLAÇÃO
ATIVIDADES RECREATIVAS
FOYER
BERÇARIO
BATISTÉRIO ÁREA TÉCNICA SONOPLASTIA, GRAVAÇÃO E ILUMINAÇÃO
AUDITÓRIO PRINCIPAL
ATENDIMENTO PESSOAS EM SITUAÇÃO DE RISCO
SALAS DE ENSAIO TEATRO E DANÇA
ATIVIDADES RECREATIVAS
SALAS DE AULA
ESPAÇOS DE APRENDIZAGEM
ATENDIMENTOS DE SÁUDE FÍSICO-MENTAL
AL
SALAS ATENDIMENTOS DIVERSOS
I OC
ESTAÇÃO FERROVIÁRIA
SALA DE REUNIÃO
DEPÓSITO DE INSTRUMENTOS
SANITÁRIOS
CENTRO COMUNITÁRIO
O
IV
T LE
CO
SERVIDO ATIVIDADES MANUAIS
Ciclo de otimização energética e estrutural - Este diagrama sintetiza as ações conjuntas com João Pedro Valente, graduando em Engenharia Civil, encarregado do projeto estrutural. Conforme o pano de fundo teórico, a estrutura não veio após o projeto arquitetônico, mas foi desenvolvido colaborativamente com a arquitetura. Isso trouxe uma rica discussão e potencializou ambos os projetos.
PROJETO FINAL
SALA DE ORAÇÃO
NDIAÍ
EXPOSIÇÕES
SIMULAÇÃO ENERGÉTICA
DESENV. GERAL; ABERTURAS; PAREDES INTERNAS;
E
RIO JU
APRENDIZADO
MELHOR
TEMPLO ESPAÇOS
CAFÉ
SERVE
FEIRAS E EXPOSIÇÕES
GUA
OBJETIVO: REDUZIR MASSA, DESLOCAMENTO, QUANT. BARRAS FORA DA NORMA
Programa
PARQUE
RIO
PIOR ANÁLISE
SIMULAÇÃO ESTRUTURAL
SERVIDO
DESCANSO
TERMINAL DE ÔNIBUS URBANO
DETALHAMENTO
SERVE
CONTEMPLAÇÃO
IGREJA MATRIZ DE JUNDIAÍ
DEFINIÇÃO DE VARIÁVEIS COMUNS
SERVIDO
SERVIDO
CENTRO
SIMULAÇÃO ENERGÉTICA OBJETIVO: REDUZIR GANHO TÉRMICO ANUAL DE RADIAÇÃO DIRETA E AUMENTAR FACES AUTO-SOMBREADAS
OVO
Inserção do terreno na cidade de Jundiaí
BOX IN BOX
ESTÚDIO DE GRAVAÇÃO BIBLIOTECA COMUNITÁRIA
SALAS PASTORAIS
ADMINISTRAÇÃO SANITÁRIOS
ÁREA TÉCNICA E DEPÓSITOS
SECRETARIAS
PR
IV
AT
IV
O
S
TERRENO PARA O PROJETO
Vila Arens VILA ARENS
Terreno com antiga indústria de tecelagem. O projeto busca preservar a memória local.
1. Situação atual - Boa parte do antigo edifício industrial se encontra em ruínas. A parte existente do bloco de produção será restaurada e utilizada como centro comunitário (1). Bem como parte dos pilares que demarcavam o antigo eixo de circulação da fábrica (2) serão preservados e manterão a função de eixo principal de acesso, agora como percurso até o novo edifício do templo. O antigo bloco administrativo (3), que se encontra em ruínas, será demolido enquanto que a chaminé será mantida.
4
3
2
1
2. Blocos e eixo - Um eixo central com pé-direito duplo e iluminação zenital percorria o edifício de produção da entrada até o bloco administrativo, hoje em ruínas.
3. Hierarquia atual - Hoje o que resta do edifício de produção possui três acessos. Uma das entradas permanece alinhada com resquícios do antigo eixo. Pela parte posterior do terreno, o elevador dá acesso ao estacionamento.
4. Ponto - A chaminé, o único bem tombado do conjunto, se destaca na paisagem como um marco urbano e memória local.
5. Substituição - Parte do conjunto que se encontra em situação precária foi retirado. Foram preservados parte do edifício de produção, do eixo principal de circulação, o elevador e a chaminé.
Hoje, boa parte do antigo edifício se encontra em ruínas.
MECANISMOS DE ESTRUTURAÇÃO
DA FORMA: APLICAÇÕES EM
UM TEMPLO 6. Tensão e equilíbrio - O antigo eixo com pilares faz a comunicação entre os dois blocos, o antigo e o novo.
PROTESTANTE
NOVEMBRO, 2018
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO, UNICAMP
VERLEY HENRY CÔCO JÚNIOR ORIENTADORA: PROF.DRA. GABRIELA CELANI PROJ. ESTRUTURAL: JOÃO PEDRO VALENTE
INTRODUÇÃO | 1/4
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Sistema generativo da casca
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PIOR
REDUÇÃO GANHO TÉRMICO ESTRUTURA: MASSA: 268T RAZÃO: 52Kg/m² ALTURA DA TRELIÇA: 0,5m NÍVEL SUBDIVISÃO: 8
Simulações - Mediante a ausência de dados climáticos da cidade de Jundiaí, foram utilizados dados climáticos de Campinas. O algoritmo obteve uma redução das faces expostas à radiação solar direta, resultando em faces laterais quase que totalmente verticais quando não levemente inclinadas para dentro. Enquanto que o algoritmo para a estrutura reduziu a massa da estrutura alterando as quantidades, comprimentos e seções das barras metálicas.
MELHOR
ANÁLISE
y
DEFINIÇÃO DE VARIÁVEIS COMUNS
MASSA: 152T RAZÃO: 29,4Kg/m² ALTURA DA TRELIÇA: 1,70m NÍVEL SUBDIVISÃO: 5
REDUÇÃO EM 43,2% REDUÇÃO MASSA ESTRUTURA
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FIM
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F
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Projeto estrutural x
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REDUÇÃO EM 29% x
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GANHO ANUAL: 78x10^6KWH/m²
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GANHO ANUAL: 110x10^6KWH/m²
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Ciclo de otimização por algoritmos
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oram feitas simulações estruturais considerando os mais variados casos possíveis para essa geometria: ora foi fixado determinado nível de triangulação para otimizar apenas a altura da treliça, ora foi modificada a função de otimização para que só a massa fosse otimizada e as implicações nos parâmetros pudessem ser analisadas, entre outros. Para efeito de comparação, foram gerados também modelos em que a superfície foi suavizada e suas bordas foram eliminadas. Basicamente, o processo consiste em identificar quais os valores de nível de subdivisão e altura de treliça que minimizam a função de adequação em cada caso. O valor resultante do modelo final obteve taxa de aço, de 29,4kg/m², sendo condizente com os valores encontrados na literatura. Souza e Malite (2005), por exemplo, obtiveram resultados de 26,2kg/m² a 33,9kg/m² analisando diferentes configurações de treliças espaciais, o que significa que, mesmo se tratando de uma geometria complexa, o valor obtido está muito próximo do que se considera aceitável. É importante lembrar que, neste caso, a treliça envolve também as laterais do edifício. A estrutura resultante, portanto, consiste em uma treliça espacial com vão máximo de 61m, altura de 1,70m, composta por 5397 barras de diâmetros variáveis, conectadas por 1387 nós do tipo Mero, pesando 152 toneladas e cobrindo uma área em planta de 5161m². A descrição completa do projeto estrutural foi reunida no Trabalho Final de Curso intitulado “ O processo colaborativo entre engenheiros de estruturas e arquitetos na concepção e analise de estruturas paramétricas”. Proposta estrutural final - Uma treliça espacial foi desenvolvida para a envoltória. Conta com perfis tubulares com seções de catálogos de fornecedores. O algoritmo estrutural tem como objetivo a redução da massa de aço.
ANÁLISE TÉRMICA GANHO ANUAL: 73x10^6KWH/m²
REDUÇÃO EM 33%
Aplicação de algoritmos - O uso de algoritmos na concepção do projeto facilitou explorar diferentes propostas bem como possibilitou o trabalho colaborativo.
Croquis de detalhamento da vedação - Nesta série de croquis, diversas soluções de vedação foram exploradas. O detalhamento do projeto não foi entendido como uma etapa final do projeto, mas como algo que ocorre em paralelo com as outras atividades.
Estratégias de conforto térmico passivo
J
undiaí apresenta um clima tropical de altitude com temperatura máxima média de 27,5°C e mínima média de 14,3°C, segundo o Instituto Agronômico de Campinas 1996, Estação experimental Jundiaí/IAC 1941 a 1995. Assim, as seguintes estratégias foram empregadas para promover o conforto térmico passivo: 1. Adequação da geometria por algoritmos – O emprego de algoritmos facilitou a geração e manipulação da forma com o objetivo de reduzir o ganho energético por radiação direta ao longo do ano. 2. Orientação e sombreamento das aberturas – As maiores aberturas foram dispostas nas faces com menor ganho térmico e, por estarem recuadas em relação aos demais painéis de vedação, a treliça espacial colaborou para seu sombreamento. 3. Painéis de vedação com tonalidade clara – os painéis com tonalidade clara empregados no projeto refletem boa parte da radia-
Croqui “casca”- Inicialmente, foram exploradas soluções com prismas interseccionados e, posteriormente, uma forma convexa.
ção.
Corte longitudinal
4. Isolamento térmico – A casca externa tem vedação leve com uma camada de lã de pet retardando a entrada de calor durante o dia. 5. Massa térmica – A estrutura interna em concreto e o piso frio do foyer, que apresentam grande massa, absorvem calor durante o dia. 6. Ventilação entreforro – O entreforro da casca possui ventilação natural cruzada com uma combinação de controle manual e automático. Isso favorece a retirada de calor durante a noite. 7. Vegetação e espelhos d’água – Pela cidade apresentar invernos secos, a vegetação e os espelhos d’água contribuem para a manutenção do conforto térmico ao manter a umidade do ar e promover o resfriamento evaporativo durante o dia. 8. Ar-condicionado – O auditório será resfriado artificialmente. A entrada de ar será feita pelo piso promovendo uma zona de conforto próxima dos espectadores.
MECANISMOS DE ESTRUTURAÇÃO
DA FORMA: APLICAÇÕES EM
UM TEMPLO PROTESTANTE
NOVEMBRO, 2018
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO, UNICAMP
VERLEY HENRY CÔCO JÚNIOR ORIENTADORA: PROF.DRA. GABRIELA CELANI PROJ. ESTRUTURAL: JOÃO PEDRO VALENTE
COBERTURA | 2/4
Croqui inicial
N
o projeto do auditório procurou-se, por um lado, obedecer às regras de acústica e de visibilidade e, por outro, obter maior dinamismo na planta, utilizando como referências a Filarmônica de Hamburgo, a Filarmônica de Paris e a Ópera de Guangzhou. Para que isso fosse possível, foi desenvolvido
um algoritmo que permitiu que se experimentasse diferentes alternativas de planta, enquanto ele se encarregava de garantir que a curva de visibilidade e as questões acústicas eram atendidas. Esse algoritmo foi implementado no software Rhinoceros por meio de sua ferramenta de programação visual e escrita, p Grasshopper.
Código em Grasshopper gerador do auditório
1,8
ito perfis foram estabelecidos. Apesar do código ser o mesmo, ora recebeu os mesmos valores para as variáveis ora inputs
1,6
TR60 (S)
O
TR60
2,00
diferentes. O algoritmo base permitiu criar uma curva de visibilidade a partir de um ponto focal. Posteriormente essa curva foi corrigida para que os degraus de acesso tivessem as mesmas dimensões, bem como painéis refletores foram acrescentados na sequência. O código foi aplicado em oito posições. Cada um deles foi trabalhado separadamente para melhor visibilidade do palco e conforto acústico.
1,4 1,2 1,0
Dimensões do auditório Volume (m³): 23721 Área (m²): 6131 Área paredes (m²): 1723 Área forro (m²): 1800
0,8 0,6 0,4 0,2 0 125
250
500
1000
2000
4000
Frequência (Hz) Sólidos resultantes do algoritmo desenvolvido.
Perfil A
Perfil C
Perfil B
Perfil D
Perfil E
Perfil F
Painel perfurado para diferentes frequências
Carpete modular
Paredes do fundo
Piso e paredes
Difusores acústicos
Paredes laterais próximas ao palco
Laminado de madeira
Palco
Perfil G
Perfil H
Vazio utilizado para cálculo do tempo de reverberação
Algoritmo para criação do auditório - Este conjunto de componentes fica dentro de um cluster. Cada um dos oito perfis do auditório é composto por um cluster como este, além de outro para os refletores acústicos e outras transformações.
Corte transversal
MECANISMOS DE ESTRUTURAÇÃO
DA FORMA: APLICAÇÕES EM
UM TEMPLO PROTESTANTE
NOVEMBRO, 2018
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO, UNICAMP
VERLEY HENRY CÔCO JÚNIOR ORIENTADORA: PROF.DRA. GABRIELA CELANI PROJ. ESTRUTURAL: JOÃO PEDRO VALENTE
AUDITÓRIO | 3/4
IMPLANTAÇÃO SEM ESCALA
CORTE AA 1:500
CORTE BB 1:500
PLANTA PAV. TÉRREO 1:500
CORTE CC 1:500
CORTE DD 1:500
PLANTA ACESSO H 1:500
CORTE EE 1:500
MECANISMOS DE ESTRUTURAÇÃO
DA FORMA: APLICAÇÕES EM
DETALHE DA COBERTURA 1:20
UM TEMPLO ELEVAÇÃO FRONTAL 1:500
PROTESTANTE
NOVEMBRO, 2018
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO, UNICAMP
VERLEY HENRY CÔCO JÚNIOR ORIENTADORA: PROF.DRA. GABRIELA CELANI PROJ. ESTRUTURAL: JOÃO PEDRO VALENTE
PLANTAS E CORTES | 4/4