Um doutorando em arquitetura na ETH Zurique desenvolveu uma solução simples para construir pisos de concreto de uma forma mais ecológica. Quantidades significativas de concreto e aço podem ser economizadas graças a um projeto de fôrma leve, robusto e reutilizável.
O concreto é o material de construção mais utilizado no mundo. Feita de cimento, água, areia e cascalho, esta mistura relativamente barata pode ser moldada conforme necessário e suportar altas forças de compressão. No entanto, seu desempenho é fraco sob tensão de tração, exigindo reforço de aço, e muitas vezes são utilizadas quantidades excessivas de material. Isto alimenta as alterações climáticas, uma vez que a produção de betão e aço gera emissões significativas de carbono.
A pesquisa da equipe do professor Philippe Block da ETH mostrou consistentemente que é possível alcançar estabilidade estrutural usando menos concreto e aço. Uma das inovações do Block Research Group (BRG) são os elementos de piso abobadados feitos de concreto. Através de uma geometria inteligente, estes pavimentos alcançam secções muito mais finas do que os seus homólogos convencionais e não necessitam de qualquer reforço de aço embutido. Esta tecnologia está agora sendo comercializada através da VAULTED AG, spin-off da ETH.
Considerando a sustentabilidade na primeira etapa da produção
Pisos abobadados precisam de um sistema de fôrma – moldes que conferem ao concreto vazado sua estrutura delicada. No entanto, esses moldes podem ser volumosos e geralmente são feitos de materiais à base de petróleo, como o isopor. Além disso, a cofragem para geometria não padronizada é normalmente de utilização única e o seu processo de fabrico cria desperdícios substanciais. “Infelizmente, isto anula alguns dos ganhos de sustentabilidade”, explica Lotte Scheder-Bieschin. O doutorando do grupo de pesquisa do Bloco desenvolveu um sistema de fôrma dobrável que pode ser reaproveitado e requer menos recursos para ser produzido.
Redução maciça do uso de concreto e aço
O Unfold Form consiste em tiras finas e flexíveis de compensado que são conectadas por dobradiças têxteis e podem ser desdobradas como um leque. Quatro destas unidades compactas podem ser rapidamente montadas dentro de uma estrutura de madeira para criar um molde resistente em forma de zigue-zague sobre o qual o concreto pode ser derramado diretamente.
“Procurava uma solução que utilizasse a resistência através da geometria não apenas para a estrutura final, mas também para a própria fôrma.”
Após a cura do concreto, a fôrma pode ser facilmente destacada da parte inferior, dobrada e armazenada para sua próxima utilização. Embora o sistema utilizado no protótipo pese apenas 24 quilos, ele pode suportar até uma tonelada de concreto.
“Eu procurava uma solução que me permitisse utilizar a resistência através da geometria não só para otimizar a estrutura final, mas também a própria fôrma”, diz Scheder-Bieschin. “Essa abordagem reduz o uso de materiais e torna todo o processo mais ecologicamente correto.” A estrutura geométrica distinta da fôrma permite reduções de até 60% no concreto e 90% no aço de reforço.
“A fôrma Unfold Form pode ser produzida e montada sem conhecimento especializado ou equipamentos de alta tecnologia”, observa Scheder-Bieschin. Um dos seus objetivos era criar um sistema simples e robusto que pudesse ser usado em todo o mundo, mesmo com recursos limitados. Atualmente, a cofragem para formas de concreto não padronizadas normalmente requer fabricação digital. “Isto cria barreiras à construção sustentável em betão nos países em desenvolvimento, onde a necessidade de novos edifícios é especialmente elevada”, diz ela.
A cofragem pode ser produzida de forma barata. “Além dos materiais, as únicas coisas necessárias são um modelo para o formato e um grampeador”, acrescenta Scheder-Bieschin. Os materiais para o protótipo custaram apenas 650 francos suíços no total.
Os componentes individuais são leves e compactos o suficiente para serem facilmente transportados. Scheder-Bieschin demonstrou a simplicidade do sistema montando-o ela mesma durante a gravidez. “Eu queria garantir que meu projeto fosse simples o suficiente para ser construído por qualquer pessoa, independentemente das circunstâncias”, diz ela.
Cumes em ziguezague como conchas
Como é que esta cofragem inovadora consegue leveza e estabilidade? Durante o desenvolvimento, Scheder-Bieschin aplicou sua experiência em estruturas ativas de flexão – um tópico que ela trabalhou durante seus estudos. Esta técnica envolve dobrar materiais elásticos, como estrias finas e longas ou placas de madeira, onde a deformação resultante cria estabilidade e permite estruturas curvas e leves.
Uma característica fundamental do Unfold Form é o arranjo em zigue-zague das tiras de madeira. “Estas nervuras proporcionam rigidez adicional sem aumentar significativamente o peso total”, explica Scheder-Bieschin. “Você pode encontrar estruturas articuladas na natureza, como as conchas.”
O padrão em zigue-zague fortalece tanto a fôrma quanto o concreto derramado sobre ela: “O concreto incorpora esse desenho em um padrão de nervuras estruturais, que auxiliam na transferência de carga”.
Força através da curvatura
A interação entre as tiras individuais é crucial para a estabilidade da fôrma, explica Scheder-Bieschin: “Quando você dobra uma única tira ou placa, ela fica muito instável quando carregada e é difícil controlar em qual formato a placa se dobrará.” No entanto, quando você conecta duas tiras ao longo de uma borda curva, obtém uma rigidez muito maior. “Sob carga, as tiras se deformam minimamente e você pode controlar o formato final por meio do desenho dessas curvas de conexão”, diz ela. Essa técnica, chamada dobradura curvada (CCF), já existe há algum tempo e se inspira na arte do origami.
A dobra em geral progride consistentemente de tamanhos maiores para tamanhos menores, começando com um elemento plano que é gradualmente reduzido ao longo do processo de dobra. Isto torna a técnica de dobragem inadequada para utilização na construção. “Considere um piso de concreto abobadado medindo dois por três metros – a plataforma inicial precisaria ter aproximadamente três por cinco metros. Do ponto de vista do transporte, isso é obviamente altamente impraticável”, ressalta Scheder-Bieschin.
Do modelo de papel ao protótipo concreto
Scheder-Bieschin ficou intrigado com o desafio de adaptar este sistema CCF simples, mas engenhoso, para fins arquitetônicos. Ela experimentou modelos de papel em sua mesa, eventualmente criando um sistema que ela chama de desdobramento de vinco curvo: “Em algum momento, comecei a colar as peças de maneira diferente. E foi assim que encontrei um sistema que começa como uma forma empilhada que pode ser espalhado – como um leque e, ao mesmo tempo, a forma curva é alcançada.”
O próximo desafio foi passar de uma fina folha de papel para um material estrutural de certa espessura. O doutorando resolveu este problema complicado com a ajuda de dobradiças têxteis.
Ela então desenvolveu um método computacional para a simulação. “Os protótipos iniciais já validaram meu conceito”, lembra ela. “Usando a pré-fabricação 2D simples, pude criar painéis dobrados e compactos que se desdobram facilmente e têm a rigidez necessária para suportar o concreto.”
Teste da vida real na África do Sul
Além do protótipo final de 3 por 1,8 metros, que está localizado no Laboratório de Fabricação Robótica (RFL) no campus de Hönggerberg, também existe uma estrutura dupla de concreto na África do Sul. Foi construído com a mesma fôrma. Mark Hellrich, assistente científico e colaborador do projeto Unfold Form, transportou a fôrma dobrada para a Cidade do Cabo usando duas bolsas para pranchas de surf. Trabalhando em conjunto com a nonCrete, uma empresa local dedicada à construção sustentável e soluções habitacionais acessíveis, eles lançaram o segundo protótipo.
Isso demonstrou três coisas ao mesmo tempo: o sistema de fôrma pode ser reaproveitado sem perda de qualidade, é fácil de transportar e funciona com diversos tipos de concreto. A NonCrete utilizou seu bioconcreto baseado na vegetação invasora triturada da área. “Isso mostra que o concreto de qualidade superior não é necessário para criar pisos resistentes com a nova fôrma”, observa Scheder-Bieschin.
Ela diz que a empresa parceira sul-africana ficou impressionada com os resultados: “O objectivo é utilizar este sistema inovador de cofragem para construir habitações de alta qualidade, dignas e sustentáveis nos municípios sul-africanos”.
Ajudar as pessoas a se ajudarem
Após concluir o doutorado em poucos meses, a pesquisadora continuará desenvolvendo sua técnica como pós-doutorado na ETH Zurique, com planos de levar seu produto ao mercado. Atualmente, a jovem de 33 anos está trabalhando no projeto de um mercado municipal em um município da Cidade do Cabo usando seu sistema de cofragem. O próximo passo, porém, é principalmente ajudar as pessoas a se ajudarem: “Estamos planejando programas de treinamento para os moradores locais, para que possam construir as cofragens e os edifícios por conta própria”.
Novo MAS: Desenvolvendo soluções de construção inovadoras e sustentáveis
A partir do outono de 2025, a ETH Zurique oferecerá um programa de Mestrado em Estudos Avançados em Projeto Estrutural Computacional (MAS ETH CSD). Este programa prático de um ano é destinado a estudantes, pesquisadores e profissionais das áreas de arquitetura, engenharia e construção (AEC). Ele combina ferramentas e métodos de última geração de geometria computacional (arquitetônica), análise técnica e modelagem de informações de construção com os mais recentes padrões da indústria e soluções interdisciplinares.
O seu objetivo é enfrentar os principais desafios enfrentados pela indústria AEC e desenvolver soluções inovadoras e sustentáveis para a prática profissional. Com um forte enfoque prático, o programa inclui estudos de caso retirados da indústria, tornando-o altamente relevante para o setor.
O Block Research Group está liderando o desenvolvimento deste novo programa MAS. “Quinze anos após a fundação do nosso grupo, temos o prazer de compartilhar nossa experiência coletiva em pesquisa, ensino, transferência de tecnologia e prática com a próxima geração de engenheiros e arquitetos”, disse o líder do grupo e professor da ETH, Philippe Block.
O primeiro programa de estudos começará em outubro de 2025 e durará até agosto de 2026. As inscrições serão aceitas a partir de 1º de abril de 2025.
Você pode encontrar no site do MAS.
