Nome do Projeto
Núcleo de Manufatura Avançada e Automação da Construção Civil
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/11/2021 - 31/10/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
Sustentabilidade, desempenho e produtividade constituem-se como fatores determinantes da mudança vislumbrada nos próximos anos para a construção civil, sendo que neste projeto tais fatores serão abordados sob o ponto de vista da manufatura avançada e automação. Espera-se com isso aproximar tecnologias ditas portadoras de futuro à construção civil, como manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D, para elementos construtivos de concreto, além da construção modular, com materiais recicláveis e de baixo impacto ambiental. Decerto, essas tecnologias estão em linha com o que se cunhou como Indústria 4.0, e, de fato, demandam um grau de automação cujo domínio se estenderá para o controle, por exemplo, dos aparelhos a cargo da aclimatação das habitações e da geração própria de energia fotovoltaica, entre outros tantos potenciais, a fim de atender as demandas atuais de edifícios com equilíbrio no consumo de energia elétrica. Em conjunto, espera-se que as pesquisas ora vislumbradas se desenvolvam sob o viés de baixo custo, a fim de beneficiar o público-alvo das habitações de interesse social, que hoje dificilmente tem acesso a tais facilidades. Outra consequência do projeto é a extensão dos conhecimentos para alinhar o município de Pelotas aos desafios das cidades inteligentes, as quais encontram na Universidade o ponto de partida para a formação de talentos aptos a lidar com ações inovadoras que reduzem gargalos e promovem o bem-estar aos cidadãos.

Objetivo Geral

Desenvolver pesquisas que redundem no desenvolvimento de novas técnicas e tecnologias para manufatura avançada de componentes construtivos e a consequente automação do ambiente construído, a fim de aproximar as tendências de produtividade e sustentabilidade às habitações de interesse social. A possível aproximação dessas pesquisas com o poder público pode estender seus benefícios ao desafio de incluir mais cidades brasileiras no mapa das cidades inteligentes, a começar por Pelotas.

Justificativa

A construção configura-se como atividade paralela ao desenvolvimento da humanidade, sendo considerada desde uma habilidade empírica, sob o domínio de poucos, até uma técnica graças ao determinismo alcançado pela disseminação das escolas de Engenharia. No Brasil, esse último fenômeno ganhou impulso a partir da chegada da Corte Real Portuguesa, há dois séculos, ainda que sua popularização tenha se dado há menos de duas décadas. Portanto, não é difícil perceber o quanto a construção civil permanece a reboque das demais atividades de transformação, com tecnologias, em geral, obsoletas quando comparadas a outros países em desenvolvimento, além de refletir as mazelas da sociedade, tanto na sua estrutura hierárquica quanto na qualificação de sua mão-de-obra. Não é à toa que a produtividade do operário da construção civil no Brasil alcança apenas um quinto daquela do profissional congênere nos EUA, o qual, por sua vez, tem remuneração cerca de dez vezes maior. Assim, obsoletismo e improdutividade fazem juntos com que o metro quadrado da construção brasileira equivalha ao da americana em custo, o que nos mantém cada vez mais atrasados como sociedade, face à escassez de investimentos em nosso país. No entanto, alguns cenários podem determinar uma mudança radical nesse status quo em pouco tempo: (i) compromissos assumidos pelo Brasil perante o Acordo de Paris, considerados ambiciosos em função dos números: reduzir em pelo menos 37% a emissão de gases do efeito estufa (GHG) até 2025, comparativamente aos índices de 2006; (ii) indústria 4.0, que ganha força em função do foco na melhoria da eficiência da produtividade dos processos; (iii) alto custo da energia elétrica no Brasil que estimula a escolha por componentes que privilegiem a eficiência energética; e (iv) gestão do ambiente construído como uma das dimensões possibilitadas pela digitalização característica do processo BIM (Building Information Modeling), cuja adoção passa a ser compulsória às obras públicas no país desde 2021. Logo, eficiência e sustentabilidade que permeiam os cenários (i) e (ii) devem levar ao aperfeiçoamento de materiais ora relegados ou ao uso racional daqueles considerados tradicionais, como o cimento Portland, por exemplo, ao qual se atribui elevada pegada de carbono, sendo que ambos demandam o desenvolvimento de novas técnicas de manufatura, naturalmente com elevado grau de automação. Em paralelo, os cenários (iii) e (iv) devem levar ao desenvolvimento de sistemas para automação residencial que atuem desde o controle dos mecanismos que aclimatam o ambiente construído (HVAC) até os desempenhos preconizados pela NBR 15.575:2013/2021 para os componentes construtivos, de modo a garantir a manutenção de valores mínimos ao longo da vida útil prevista para cada um deles. Iniciativas ainda recentes no país, como a certificação para edifícios Zero Energy, em que o consumo de energia para operação é equilibrado pela geração, sempre que possível por fontes renováveis, trazem implicitamente objetivos relacionados aos cenários supracitados, entretanto vêm sendo aplicadas apenas à edifícios comerciais e habitações de alto padrão. Por isso, este projeto de pesquisa envidará esforços para que essas inovações possam ser popularizadas, com base na redução de custos, estando ao alcance, inclusive, das habitações de interesse social. O passo seguinte seria estender as expertises do projeto para o desafio da transformação digital das cidades, em linha com a tendência das cidades inteligentes, no que tange a infraestrutura.

Metodologia

Entre as manufaturas avançadas com maior ênfase neste projeto, a chamada aditiva, também conhecida por impressão 3D, terá destaque, já que tem aumentado significativamente o número de artigos correlatos nas revistas científicas congêneres. A equipe executora deste projeto reúne conhecimento suficiente para início dos trabalhos com propostas inovadoras, capazes de lograr êxito no que tange à redução de custos pelo uso de componentes consagrados pelo movimento maker, além da programação por linguagens comerciais. Para trabalhos incipientes, há recursos materiais já disponibilizados pela equipe executora, dado o baixo custo, embora a captação de recursos seja vislumbrada para o aumento de escala desejável (scale up) e necessário aos testes das inovações, de modo a reduzir riscos para eventual advento ao mercado. Entre os materiais aptos à impressão 3D na construção civil, o concreto é o que tem recebido maior atenção, apesar de muitas questões ainda indefinidas, tais como influência das interfaces relativas à deposição do material nas sucessivas camadas em termos de resistência mecânica e durabilidade, além da ausência de armarduras, o que pode limitar o uso a construções mais simples. Outra técnica que terá destaque neste projeto é aquela para produção e montagem da madeira conhecida como “engenheirada” no Brasil, ou madeira laminada colada e cruzada, cujo método é capaz de vencer a anisotropia natural da madeira e abrir caminho para o uso do material em estruturas de maior vulto. Notícias recentes dão conta que uma construtora brasileira de grande porte adquiriu uma fábrica desenvolvida na Suécia para montagem automatizada de componentes baseados nesse material, destinados à construção de milhares de habitações sociais por ano, com investimento que supera os R$ 100 milhões. Portanto, a julgar pela sustentabilidade do material e o interesse que será despertado a seguir pelos concorrentes nacionais, faz-se necessária uma abordagem neste projeto para tornar tal manufatura mais acessível e com tecnologia nacional, adaptando-a às espécies de madeira locais, além de adesivos alternativos entre camadas de madeira, como os derivados da soja, cultura abundante no Estado. Por fim, vislumbra-se ainda certa dedicação ao estado da arte da chamada construção modular, cuja técnica de manufatura está embasada na montagem de módulos (habitacionais, por exemplo) em ambiente fabril, com automação dos processos de etapas repetitivas, de modo a garantir os desempenhos preconizados por norma, seguido pela expedita instalação mecanizada no canteiro de obras, sem que recaiam sobre essa construção as influências ditadas pelas intempéries que usualmente impactam os cronogramas por métodos tradicionais. Naturalmente, a metodologia supracitada não limita as possibilidades deste projeto, as quais devem se expandir à medida que os trabalhos sejam desenvolvidos e sua equipe ampliada por docentes e discentes interdisciplinares.
Decerto, a automação preconizada ao ambiente construído, qualquer que tenha sido o sistema construtivo, permitirá o uso racional de energia para a sua operação, em linha com a dimensão 7D do processo BIM que estará cada vez mais na raiz de todos os projetos propriamente ditos do edifício. Os mesmos componentes acima descritos, agora adaptados à conectividade com a Internet, motivo pelo qual são abrangidos pela definição da Internet das Coisas (IoT), disponíveis no mercado com baixo custo, habilitam a gestão remota e autônoma dos edifícios sob o viés do seu desempenho, principalmente no que diz respeito à eficiência energética. Neste projeto, há perspectiva de desenvolver dispositivos eletrônicos controlados por meio de uma IHM (Interface Homem-Máquina) amigável, de preferência na forma de aplicativo que não demande elevado poder para processamento, e acessível à população que componha o público-alvo de habitações de interesse social. Os trabalhos iniciais devem se dedicar aos equipamentos responsáveis pela aclimatação do ambiente construído, e, dessa forma, por uma parcela elevada do consumo de energia em habitações residenciais, a fim de garantir o desempenho térmico de acordo com a última revisão da norma de desempenho, NBR 15.575:021. Depois, outros equipamentos podem ser agrupados, da iluminação àqueles de alta potência, como chuveiros elétricos, por exemplo, visando não apenas o controle, mas também o mapeamento dos hábitos de uso, a fim de emitir sugestões para uso em faixa de horários ou por períodos de tempo que permitam redução na conta de energia elétrica. Futuramente, dada a popularização dos painéis fotovoltaicos para a geração de energia na unidade habitacional, tais dispositivos, em desenvolvimento pelo projeto, podem controlar a orientação desses painéis de modo a garantir sempre as condições de maior insolação ao longo de cada dia, durante todos os dias do ano. Mais ainda, dada a instabilidade nas políticas de tributação da energia fotovoltaica, os dispositivos poderiam controlar a taxa de intercâmbio com a rede pública (on-grid) para distribuição da energia elétrica gerada, optando por manter ou não parte dos circuitos elétricos no modo off-grid, quando disponível.
Uma das consequências diretas esperadas a partir da consecução das metas deste projeto, pela aproximação com o poder público municipal, seria a implementação de um laboratório urbano de experimentação, para que o conhecimento ora gerado permita aproximar soluções urbanas inovadoras. O cenário é favorável, já que a Associação Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI) recém lançou o chamado SandBox para Cidades Inteligentes, um guia para direcionar as experimentações em ambientes reais, em articulação com instituições de ensino e pesquisa. Na Coréia do Sul, país mais engajado com a implementação desses laboratórios urbanos, o caminho para tanto tem passado exatamente pelo estímulo de talentos para liderar tal transformação já desde o âmbito Universitário. Entre os desafios que serão especulados para trazer tal ambiente experimental a Pelotas, em termos de infraestrutura, destaque para mobilidade urbana, gestão dos resíduos pelo sensoriamento de lixeiras públicas, agricultura urbana, esgotos e água, entre outros, conforme indicadores da norma NBR ISO 37.122:2021.

Indicadores, Metas e Resultados

(1) Assumir posição de destaque no cenário nacional no que diz respeito às pesquisas relativas ao desenvolvimento de manufatura avançada aplicável a componentes da construção civil, em especial do setor voltado às habitações unifamiliares ou multifamiliares de interesse social, com publicação de artigos técnicos, precedida pela proteção intelectual, quando cabível, e formação de recursos humanos interdisciplinares;
(2) Assumir posição de destaque no cenário nacional no que diz respeito às pesquisas relativas ao desenvolvimento de dispositivos para automação acessíveis às habitações unifamiliares ou multifamiliares de interesse social com potencial redução no consumo energético e manutenção do desempenho em níveis desejáveis ao longo da vida útil do edifício, além da publicação de artigos técnicos, precedida pela proteção intelectual, quando cabível, e da formação de recursos humanos interdisciplinares;
(3) Aproximar o poder público municipal da implementação de laboratórios de experimentação em ambientes reais, disponibilizando expertise acumulado pelas metas anteriores, a fim de criar as condições para enquadrar Pelotas como uma das Cidades Inteligentes pioneiras no Estado do Rio Grande do Sul, no maior número possível de ações relativas aos temas definidos por norma;
(4) Nucleação de um grupo interdisciplinar formado por docentes e discentes do CEng com vistas à futura criação de programa de pós-graduação com foco em inovação, amparado pelo grande potencial que a soma de seus cursos perfaz, bem como de startups que derivem das pesquisas vislumbradas, como mecanismo para redução do time-to-marketing das técnicas e tecnologias desenvolvidas, em função da dinâmica criada por essa modalidade de interlocução entre o setor produtivo o meio acadêmico nos dias atuais;
(5) Ampliação do parque de equipamentos do CEng e da área física construída para consecução das metas acima, a partir da prospecção de recursos financeiros oriundos de editais de agências de fomento, bem como de convênios estabelecidos com empresas e entidades governamentais ou não-governamentais ligadas à ciência, tecnologia ou ao setor da construção civil.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
HEBERT LUIS ROSSETTO2
HUMBERTO DIAS VIANNA2
MAIQUEL DOS SANTOS CANABARRO2
MATHEUS BUENO NASCIMENTO DA COSTA
VICTOR HUGO SANTOS DE OLIVEIRA

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