A simulação computacional como ferramenta de auxílio à tomada de decisão na produção de elementos pré-fabricados

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo

PHELIPE VIANA RUIZ

A SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL COMO

FERRAMENTA DE AUXÍLIO À TOMADA DE DECISÃO

NA PRODUÇÃO DE ELEMENTOS PRÉ-FABRICADOS

CAMPINAS 2019

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PHELIPE VIANA RUIZ

A SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL COMO

FERRAMENTA DE AUXÍLIO À TOMADA DE DECISÃO

NA PRODUÇÃO DE ELEMENTOS PRÉ-FABRICADOS

Dissertação de Mestrado apresentada a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de Construção.

Orientadora: Profa. Dra. Patricia Stella Pucharelli Fontanini

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO PHELIPE VIANA RUIZ E ORIENTADO PELA PROFA. DRA. PATRICIA STELLA PUCHARELLI FONTANINI.

ASSINATURA DA ORIENTADORA

_______________________________________________

CAMPINAS 2019

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E

URBANISMO

A SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL COMO FERRAMENTA

DE AUXÍLIO À TOMADA DE DECISÃO NA PRODUÇÃO DE

ELEMENTOS PRÉ-FABRICADOS

Phelipe Viana Ruiz

Dissertação de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por:

Profa. Dra. Patricia Stella Pucharelli Fontanini

Presidente e Orientadora / Universidade Estadual de Campinas

Prof. Dr. José Carlos Paliari Universidade Federal de São Carlos

Prof. Dr. Alexandre Araújo Bertini Universidade Federal do Ceará

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria do Programa da

Unidade.

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DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho à minha família Meus pais Vanderléia e Adilson Minha irmã Isabella Ao Kovu e à Kyara Por todo amor, carinho e apoio

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EPÍGRAFE

“A gratidão desbloqueia a abundância da vida. Ela torna o que temos em suficiente, e mais. Ela torna a negação em aceitação, caos em ordem, confusão em claridade. Ela pode transformar uma refeição em um banquete, uma casa em um lar, um estranho em um amigo. A gratidão dá sentido ao nosso passado, traz paz para o hoje, e cria uma visão para o amanhã” Melody Beattie

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AGRADECIMENTO

Primeiramente agradeço à Deus, por estar sempre ao meu lado, me dando força para continuar em frente, paciência para pensar claramente e sabedoria para nortear minhas escolhas.

Agradeço à Profa. Dra. Patricia Stella Pucharelli Fontanini, pela orientação na condução desta dissertação, pelas prazerosas conversas com café e pela duradoura e sincera amizade.

Agradeço aos meus pais Vanderléia e Adilson por sempre estarem ao meu lado, me apoiando, sendo meu porto seguro. Por sempre estarem próximos, mesmo que por trocas de mensagem e ligações, me incentivando a continuar e nunca desistir de alcançar os meus sonhos. À minha irmã Isabella, por ser minha melhor amiga, por sempre me incentivar a continuar, trazer muita alegria e ser fonte ilimitada de brincadeiras e risadas. Ao Kovu e a Kyara, por me trazerem paz, muita felicidade, companhia, muito carinho e amor.

Às minhas queridas amigas Deborah, Marcela, Paula e Julia, pelas discussões e contribuições para este trabalho, pelas boas conversas e pela companhia cotidiana nos dias de trabalho, tornando o passar dos dias sempre em um tempo agradável. Também agradeço aos demais amigos e colegas de mestrado, demais integrantes do LabTec e amigos da Unicamp.

Agradeço à empresa de pré-fabricados que abriu suas portas e forneceu os dados necessários para a condução deste estudo.

Agradeço ao Prof. Dr. José Carlos Paliari e a UFSCar, tanto pelas contribuições fornecidas para o aprimoramento deste trabalho, quanto pela disponibilização de seus equipamentos, software de simulação e espaço físico, os quais foram primordiais para a conclusão deste trabalho.

Agradeço à CAPES pelo apoio e bolsa de estudos fornecida para a condução deste trabalho, sob o número do processo 01-P-03713/2017.

Agradeço à Unicamp, pelo respaldo e pelas instalações que permitiram a condução deste trabalho. Também agradeço à Equipe da Secretaria de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, em principal ao Eduardo

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Estevam da Silva e à Rosana Kelly, por todo o apoio e suporte que me deram durante o mestrado.

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RESUMO

A melhoria da qualidade, controle e produtividade das construções é necessária para a sobrevivência das construtoras do setor da construção civil. Um dos meios propostos para atingir tais melhorias é por meio da industrialização do processo construtivo. Para a industrialização do setor, propõe-se o deslocamento de atividades para fora do canteiro de obras, contemplando a utilização de elementos pré-fabricados. Ainda que estes elementos sejam executados em ambientes de maior controle e eficiência, ainda assim apresentam problemas relativos a produtividade e desperdício. No intuito de auxiliar gestor a embasar sua tomada de decisão com relação à produção da sua linha de produção de elementos pré-fabricados, este estudo teve como objetivo desenvolver um modelo de simulação computacional para a criação de cenários produtivos da linha de produção de elementos pré-fabricados de concreto como ferramenta de auxílio à tomada de decisão. O método aplicado foi a Design Science Research (DSR). Primeiramente, foi aplicado um questionário exploratório com relação à tomada de decisão com intuito de identificar quais são os elementos, processos e indicadores na linha de produção de elementos pré-fabricados de maior relevância aos gestores. Em seguida, foi escolhida uma linha de produção de pilares pré-fabricados para o mapeamento de seus processos. Na sequência esta linha foi modelada em um software de simulação, e simultaneamente desenvolvido um painel de controle para geração de múltiplos cenários. Este estudo resultou na criação de um modelo que auxilia a tomada de decisão, proporcionando ao gestor uma ampla visualização das soluções possíveis. A principal contribuição deste estudo foi apresentar um modelo que permite aos tomadores de decisão comparar diferentes cenários produtivos e seus resultados para adotar a solução mais adequada para cada situação analisada.

Palavras-Chave: Produtividade. Simulação. Tomada de Decisão. Controle de Produção. Pré-fabricados.

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ABSTRACT

The quality, control and productivity improvement of the constructions is necessary for the constructors’ survival in the construction sector. One of the means proposed to achieve such improvements is through industrialization of the construction process. Aiming at the industrialization of the sector, it is proposed to move activities away from the construction site, contemplating the prefabricated elements use. Although these elements are executed in environments of greater control and efficiency, it still presents problems related to productivity and waste. In order to help managers to base their decision-making on their pre-fabricated elements production line, this study aimed to develop a computational simulation model for a production scenarios creation of the production line of prefabricated elements as a tool to aid decision-making. The method applied was the Design Science Research (DSR). Firstly, an exploratory questionnaire was applied in order to identify the elements, processes, and indicators in the production line of prefabricated elements of greater relevance to managers. In sequence, a mapping of prefabricated pillars production line processes was made. This line was modeled in simulation software, and simultaneously developed a control panel for generating multiple scenarios. This study resulted in the creation of a model that assists the decision-making, giving the manager a wide view of the possible solutions. The main contribution of this study was to present a model that allows decision makers to compare different production scenarios and their results and adopt the most adequate solution for each analyzed situation.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - A tomada de decisão e auxílio ao tomador de decisão ... 26

Figura 2 - Correlação entre as palavras-chave ... 32

Figura 3 - Classificação dos artigos com relação ao enfoque do estudo ... 34

Figura 4 - Aprovação do projeto de pesquisa pelo Comitê de Ética ... 37

Figura 5 - Definição de Industrialização ... 40

Figura 6 - Diferença entre Elementos Pré-moldados e Pré-fabricados ... 43

Figura 7 - Processo de produção de elementos pré-fabricados ... 45

Figura 8 - Armação passiva de pilar com consolos laterais ... 49

Figura 9 - Esquema geral do processo de fabricação de peças pré-fabricadas ... 51

Figura 10 - Armazenamento de pilares pré-fabricados ... 52

Figura 11 - Maneiras de se estudar um sistema ... 56

Figura 12 - Etapas para a elaboração de um modelo de simulação ... 61

Figura 13 - Ciclo de vida de um modelo de simulação ... 62

Figura 14 - Exemplo de sistema sistema representado em ACD ... 63

Figura 15 - Modelo computacional do atendimento bancário documentado através do IDEF-SIM... 65

Figura 16 - Passo a passo para a validação de modelos computacionais ... 72

Figura 17 - Etapas para melhorar um sistema da construção ... 77

Figura 18 - Etapas do Mapeamento do Fluxo de Valor ... 85

Figura 19 - Panorama geral sobre pesquisa envolvendo MFV e SED ... 91

Figura 20 - Etapas para a realização de estudos com MFV e SED ... 91

Figura 21 - Delineamento do Método de Pesquisa ... 95

Figura 22 - Etapa de desenvolvimento do artefato ... 100

Figura 23 - MFV do Estado Atual da linha de produção de paninéis pré-fábricados da Empresa A ... 108

(12)

Figura 24 - Modelo Conceitual IDEF-SIM do Estado Atual da linha de produção de

painéis pré-fabricados da Empresa A ... 108

Figura 25 - Modelo computacional teste ... 109

Figura 26 - Planta da fábrica ... 111

Figura 27 - Pilar sendo sacado da fôrma ... 112

Figura 28 - Viga especial sendo sacada da fôrma ... 112

Figura 29 - Elemento Doca em processo de desforma ... 113

Figura 30 - Máquina de corte e dobra de bobina de aço para a produção de estribos (CD_Bobina_01) ... 115

Figura 31 - Estribos sendo produzidos ... 115

Figura 32 - Máquina de corte e dobra das barras com as barras posicionadas para o corte (CD_Barra_02) ... 116

Figura 33 - Detalhes dos equipamentos de corte (a) e dobra (b) da máquina de corte e dobra de barras (CD_Barra_02) ... 116

Figura 34 - Área do corte, dobra e posicionamento das barras para uso nas bancadas de solda ... 117

Figura 35 - Solda das barras aos estribos na B_Solda_02 ... 117

Figura 36 - Armação posicionada nos cavaletes para consolo (Consolo_02) ... 118

Figura 37 - Estoque de armação na linha de produção (Est_armacao_01) ... 119

Figura 38 - Pilar_01a com a fôrma recém aberta para a realização do saque ... 120

Figura 39 - Estoque de pilares na linha de produção do G01 (Est_Pecas_01) ... 120

Figura 40 - Saque do Pilar_02a com utilização de duas pontes rolantes ... 120

Figura 41 - Pilares sendo posicionados sobre a carreta na Expedição_01 ... 121

Figura 42 - Pilares e demais peças armazenadas no G03 ... 122

Figura 43 - Processo de raspagem para limpeza da fôrma ... 122

(13)

Figura 45 - Saque da armação da armação do Pilar_01 do Consolo_01 ... 124

Figura 46 - Transporte e rotação da armação da armação do Pilar_01 ... 124

Figura 47 - Posicionamento da armação do Pilar_01 na Forma_02 ... 124

Figura 48 - Bolts e tubulação vertical do Pilar_02 ... 125

Figura 49 - Posicionamento do tubo de içamento transversal do Pilar_01 ... 125

Figura 50 - Bainhas posicionadas nos consolos do Pilar_01 ... 125

Figura 51 - Etiqueta de identificação com selo de liberação para a concretagem .. 126

Figura 52 - Cunha de travamento da Forma_02 ... 127

Figura 53 - Baias de agregados ... 128

Figura 54 - Silos de a) Cimento e b) Aditivo ... 128

Figura 55 - Pá-carregadeira e caçambas de agregados ... 129

Figura 56 - Betoneira Bet_01 ... 129

Figura 57 - Despejo do concreto na caçamba de concretagem ... 130

Figura 58 - Concretagem da Forma_06 ... 130

Figura 59 - Acabamento e alisamento do concreto do Pilar_01 ... 130

Figura 60 - Pilar_01 com a concretagem finalizada e em processo de cura ... 131

Figura 61 - Realização do acabamento nos pilares ... 132

Figura 62 - Argamassa para correção de falhas nas peças ... 132

Figura 63 - Mapa do Fluxo de Valor do Estado Atual da linha de produção de pilares pré-fabricados ... 135

Figura 64 - Exemplo da simbologia IDEF-SIM adaptada utilizada ... 137

Figura 65 - Mapa IDEF-SIM do Estado Atual da linha de produção de pilares pré-fabricados ... 138

Figura 66 - Visão geral do modelo em funcionamento ... 140

Figura 67 - Detalhe do modelo em funcionamento ... 142

(14)

Figura 69 - Tela de definição dos pilares à serem produzidos em cada fôrma ... 144

Figura 70 - Tela de cadastramento dos pilares ... 145

Figura 71 - Cálculo do número de replicações necessários ... 146

Figura 72 - Exemplificação dos relatórios gerados pelo modelo ... 147

Figura 73 - Método da Revisão Sistemática da Literatura ... 176

Figura 74 - Protocolo para a realização da Revisão Sistemática da Literatura ... 177

Figura 75 - Questionário Exploratório ... 180

Figura 76 - Questionário Exploratório (continuação) ... 181

(15)

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Número de artigos por periódico ... 31 Tabela 2 - Contagem das palavras-chave por artigo ... 31 Tabela 3 - Contribuições dos artigos com relação ao Número de Artigos ... 33 Tabela 4 - Percentual de funcionários utilizados para a realização das atividades . 134 Tabela 5 - Equações probabilisticas por atividade ... 136 Tabela 6 - Distribuições probabilísticas dos tempos de espera (estoques) entre atividades ... 136 Tabela 7 - Validação do modelo segundo o teste estatístico de inferência sobre a diferença entre duas médias de amostras independentes ... 147

(16)

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Diferenças entre o modelo e a realidade ... 55

Quadro 2 - Simbologia utilizada na técnica IDEF-SIM ... 64

Quadro 3 - Etapas necessárias para realizar um estudo de SED aplicado a construção ... 80

Quadro 4 - Itens para elaboração do MFV ... 86

Quadro 5 - O papel da SED na redução do desperdício ... 90

Quadro 6 - Tipos de Artefato ... 94

Quadro 7 - Detalhamento dos pilares produzidos durante a realização do estudo . 114 Quadro 8 - Critérios de classificação de aderência ... 178

Quadro 9 - Definição dos códigos utilizados para os recursos, locais e entidades . 188 Quadro 10 - Definição dos códigos utilizados para os recursos, locais e entidades (continuação) ... 189

Quadro 11 - Definição dos códigos utilizados para os recursos, locais e entidades (continuação) ... 190

Quadro 12 - Ícones utilizados no Promodel® ... 191

Quadro 13 - Ícones utilizados no Promodel® (continuação) ... 192

Quadro 14 - Ícones do Fluxo de Materiais ... 262

Quadro 15 - Ícones do Fluxo de Informações ... 263

(17)

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Distribuição dos artigos classificados como aderentes por ano de

publicação ... 30

Gráfico 2 - Métodos mais utilizados ... 33

Gráfico 3 - Nível de escolaridade dos participantes ... 103

Gráfico 4 - Atividades exercidas pelos participantes ... 104

Gráfico 5 - Avaliação dos participantes quanto a eficiência do gerenciamento e tomada de decisão de suas empresas ... 104

Gráfico 6 - Indicadores utilizados para basear a decisão quanto ao planejamento da produção ... 105

Gráfico 7 - Elementos mais importantes para medir o desempenho da produção .. 106

Gráfico 8 - Intenção de implantação de sistema de simulação nas empresas ... 107

Gráfico 9 - Evolução do processo de revisão sistemática da literatura ... 178

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LISTA DE ABRAVIATURAS E SIGLAS

ABCIC – Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

ACD – Activity Cycle Diagram AG – Algoritmo Genético

BIM – Building Information Modeling

BNDES – Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social

CIB – Conseil International du Bâtiment (Francês) ou International

Council for Building (Inglês)

CP V ARI – Cimento Portland de Alta Resistência Inicial DOE – Design of Experiments

DS – Design Science

DSR – Design Science Research IDEF – Integrated Definition Methods

IDEF-SIM – Integrated Definition Methods - Simulation IID – Independente e Identicamente Distribuído JIT – Just-in-Time

L/T – Lead Time, ou em português Tempo de Entrega MFV – Mapeamento do Fluxo de Valor

RSL – Revisão Sistemática da Literatura SAD – Simulation Activity Diagrams SBA – Simulação Baseada em Agentes SD – Sistemas Dinâmicos

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SLR – Systematic Literature Review STP – Sistema Toyota de Produção

T/C – Tempo de Ciclo, ou em inglês Cycle Time

TAV – Tempo de Agregação de Valor, ou em inglês Value Added Time TPS – Toyota Production System

V&V – Verificação e Validação VSM – Value Stream Mapping WIP – Work in Process

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SUMÁRIO

1. Introdução ... 23

1.1. Contexto e Justificativa ... 23

1.2. Problema de Pesquisa ... 25

1.3. Revisão Sistemática da Literatura ... 29

1.4. Hipóteses ... 35 1.5. Objetivo ... 35 1.5.1. Objetivos Específicos ... 35 1.6. Delimitação ... 36 1.7. Estrutura do trabalho ... 36 1.8. Comitê de Ética ... 37 2. Pré-Fabricação ... 38

2.1. História da industrialização da construção ... 38

2.1.1. Definição da Industrialização da Construção ... 39

2.2. Definição de Pré-fabricação ... 41

2.3. Produção de Elementos Pré-Fabricados ... 44

2.3.1. Projeto ... 45

2.3.2. Fabricação ... 47

2.3.3. Manuseio, armazenamento e transporte ... 52

2.3.4. Controle de qualidade e inspeção ... 53

3. Modelagem e Simulação ... 54

3.1. Definição de Modelagem e Simulação ... 54

3.2. Simulação de Eventos Discretos ... 59

3.2.1. Concepção ... 62 3.2.2. Implementação ... 68 3.2.3. Análise ... 74 3.3. A simulação na construção ... 76 4. Produção Enxuta ... 81 4.1. Definição ... 81

(21)

4.2. Mapeamento de Fluxo de Valor ... 83

4.2.1. Mapa do Estado Atual ... 85

4.2.2. Mapa do Estado Futuro ... 87

4.2.3. Mapeamento do Fluxo de Valor e a Simulação de Eventos Discretos .... 88

5. Método ... 92 5.1. Estratégia de Pesquisa... 92 5.2. Delineamento da Pesquisa ... 94 5.2.1. Concepção ... 96 5.2.2. Implementação ... 98 5.2.3. Análise ... 101 6. Resultados ... 102

6.1. Questionário Exploratório – Perspectivas do tomador de decisão ... 102

6.2. Modelo Teste ... 107

6.3. Estudo de Caso ... 109

6.4. Modelo Conceitual ... 133

6.5. Modelo Computacional ... 139

7. Discussão ... 149

7.1. Análise com relação à literatura ... 149

7.2. Avaliação do cenário produtivo existente e das ferramentas aplicadas ... 150

7.3. Atendimento ao objetivo do estudo e limitações do estudo ... 153

8. Conclusão ... 155

8.1. Principais considerações ... 155

8.2. Limitações do trabalho ... 158

8.3. Sugestões para estudos futuros ... 159

Referências ... 161

Apêndice A - Revisão Sistemática da Literatura (RSL) ... 175

Apêndice B - Questionário Exploratório ... 180

Apêndice C - Códigos utilizados no IDEF-SIM e Promodel® ... 188

(22)

Apêndice E – Codificação do Modelo Promodel® ... 193 Apêndice F – Codificação do Painel em Microsoft Office Excel® ... 256 Apêndice G – Codificação do Software ‘R’ ... 258 Anexo A - Equações de Verificação e Validação de Modelos ... 259 Anexo B - Símbolos do Mapeamento do Fluxo de Valor ... 262

(23)

23

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1. INTRODUÇÃO

Este capítulo apresenta o contexto e justificativa do tema proposto, os problemas reais e de pesquisa, resultados da Revisão Sistemática da Literatura (RSL), as questões de pesquisa, bem como suas proposições, objetivos e delimitações do trabalho. Ao final do capítulo, é apresentada a estrutura do trabalho como um todo.

1.1. Contexto e Justificativa

A construção civil é um dos principais setores da economia; entretanto ainda se caracteriza por apresentar baixa produtividade e pouco controle na produção. Este cenário resulta em desperdícios de tempo e recursos e, uma imprevisibilidade dos mesmos, tendo-se que impor altos percentuais de incerteza, além da deficiência de projetos e inúmeras improvisações.

A indústria da construção desenvolve suas atividades, na maioria dos casos, de forma desarticulada. Projeto e produção são processos que ocorrem de forma independente sob o ponto de vista interativo, tendo seu isolamento favorecido pelas práticas gerenciais aplicadas. Este cenário resulta na dificuldade de troca de informações entre os profissionais. Esta desarticulação entre projeto e produção contribuem negativamente para o setor, depreciando a construção como indústria e conduzindo-a para resultados indesejáveis como a improdutividade da mão de obra e o surgimento de manifestações patológicas durante as atividades de construção e no produto final (VIVAN; PALIARI; NOVAES, 2010).

Opondo-se a este cenário, as empresas dispostas a permanecer no mercado competitivo tiveram de buscar novos posicionamentos e aperfeiçoamentos de suas cadeias produtivas e gerenciais. Para compreender a cadeia de suprimentos como um todo, procuraram por formas de minimização de gastos, prazos e desperdícios. Com isso, os estudos na área de gestão e planejamento tornaram-se cada vez mais valorizados, para assim, aumentar as margens de lucro, qualidade, satisfação do cliente e velocidade de produção.

(24)

Capítulo 1 - Introdução 24

A globalização econômica tem promovido grandes transformações na economia mundial. Entre estas transformações constam o aumento da competitividade, introdução de novas tecnologias gerenciais e a mudança comportamental do mercado consumidor, o qual se mostra cada vez mais exigente e informado.

A melhoria da qualidade e produtividade das construções é essencial para a sobrevivência das construtoras e um dos modos de atingi-la é com a industrialização do processo construtivo. Na industrialização do processo construtivo, migra-se das técnicas artesanais de baixa produtividade e utilização intensiva de recursos cada vez mais escassos como, por exemplo, a mão de obra empregada, para as mais industriais possíveis (PEREIRA, 2008).

A aplicação de processos industrializados na construção começou há vários anos e é uma tendência importante no setor. O intuito é obter melhorias relativas a níveis de produtividade mais elevados e melhor qualidade dos produtos de construção. Relatórios e estudos de caso de diferentes partes do mundo mostraram que a pré-fabricação e a montagem in loco estão se tornando uma prática comum (BABIČ; PODBREZNIK; REBOLJ, 2010).

A aplicação da industrialização na construção visa sanar os problemas relacionados a margens de lucro baixas em comparação com outras indústrias e à escassez de trabalhadores qualificados. Para Babič, Podbreznik e Rebolj (2010), a pré-fabricação de componentes de construção em uma instalação remota demonstra a vantagem de se economizar espaço para o armazenamento de material no local, o que acarreta em um melhor controle de qualidade da produção, redução de desperdício e possibilidade de um gerenciamento de cadeia de suprimentos mais eficiente.

É consenso que as tecnologias construtivas tradicionais não atendem a estes requisitos, pois não possuem a produtividade necessária e, são altamente dependentes da mão de obra especializada. Sendo assim, muitas construtoras estão buscando “sistemas construtivos industrializados” como solução para sua atuação no mercado de baixa renda (SILVA et al., 2010).

Na busca por esses requisitos, as construções industrializadas têm realizado uma maior racionalização dos materiais, organização e controle sobre os

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processos produtivos, redução do tempo de execução e a redução do custo global dos conjuntos habitacionais, tornando seus produtos mais enxutos e competitivos. 1.2. Problema de Pesquisa

O processo de tomada de decisão é um dos pontos de maior importância para o sucesso de uma organização. A tomada de decisão bem embasada é essencial para maximizar a eficiência de medidas que irão aumentar o impacto econômico e melhorar o fluxo de trabalho (DZIADOSZ; KONCZAK, 2016). A tomada de decisão ocorre a todo tempo, em todos os níveis, e influencia diretamente o desempenho produtivo. Sua importância é evidente e pode ser percebida ao analisar-se uma organização, sendo impossível pensar na organização sem considerar a ocorrência constante do processo decisório (GONTIJO; MAIA, 2004).

Toda tomada de decisão apresenta algum risco. Na maioria das escolhas do cotidiano, este risco é pequeno, porém, em uma organização, as implicações, tanto positivas como negativas, podem ter grandes impactos. A preocupação crescente com relação a minimização de riscos e busca pela melhora das decisões operacionais, levam as empresas a utilizar instrumentos de simulação para avaliar vulnerabilidades e oportunidades (BUCHANAN; O’CONNELL, 2006). Neste cenário, o domínio da teoria e do processo de tomada de decisão é crucial para as organizações e gestores, pois a complexidade dos negócios é crescente e exige respostas cada vez mais rápidas (GONTIJO; MAIA, 2004).

A precariedade dos procedimentos de planejamento e controle de custos, prazos e qualidade na construção civil é uma das principais causas da baixa eficiência do gerenciamento das empresas do setor, decorrente em grande parte da coleta de dados e retroalimentação de informações deficientes. Para permitir soluções mais eficientes e adequadas aos problemas da organização, os gerentes necessitam de informações que forneçam um entendimento claro da situação auxiliando no processo de tomada de decisões (LANTELME, 1994).

A falta de dados e informações que auxiliem uma tomada de decisão apresenta-se como uma das dificuldades das organizações do setor da construção. O desconhecimento e falta de experiência de diretores, gerentes e demais funcionários das empresas da construção civil quanto ao processo de coleta, processamento e avaliação de dados podem justificar este quadro (LANTELME, 1994).

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A tomada de decisão é um processo cognitivo que resulta na seleção de uma entre várias alternativas. No esquema da Figura 1 está identificado o processo de tomada de decisão dentro das organizações, destacando-se as variáveis de maior interferência neste processo. Neste esquema, o tomador de decisão se encontra no centro do processo, onde todos os esforços são voltados a auxiliá-lo neste momento. Freitas (1993) evidencia que a ideia do processo é o apoio à tomada individual de decisão, no sentido de auxiliar o tomador de decisão. A partir do fornecimento rápido e fácil das informações que ele necessita para superar as diferentes etapas do processo de decisão.

Figura 1 - A tomada de decisão e auxílio ao tomador de decisão

Fonte: Adaptado de FREITAS (1993).

Conforme apresentado na Figura 1, o tomador de decisão possui seus próprios valores, crenças e recursos, porém necessita de informações que o auxiliem a compreender a incerteza e complexidade da situação em análise. Entendida a situação, o tomador de decisão deve analisar e definir quais as ações necessárias para atingir os objetivos determinados pela organização, utilizando os recursos disponíveis.

A tomada de decisão feita de forma equivocada e mal embasada poderá gerar perdas na produtividade da organização. A produtividade é um dos fatores mais importantes que afetam o desempenho geral de qualquer empresa no setor de

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construção. No entanto, a execução dos projetos da construção possui naturalmente um grau de incerteza e sua produtividade atual acaba por ser diferente do valor planejado (YANG et al., 2014).

Dziadosz e Konczak (2016) apontam a existência de uma grande variedade de métodos e técnicas que podem ser utilizados para auxiliar o processo de tomada de decisão, desde métodos computacionais simples aos mais sofisticados. Dentre as características básicas das ferramentas disponíveis para auxílio à tomada de decisão se incluem:

 Compreensibilidade, qualidade e facilidade de interpretação dos resultados obtidos;

 Aparelhos matemáticos aplicados (software apropriado, ferramentas para simulações);

 Capacidade de cumprir os pressupostos rigorosos (tipo de dados, intervalo de tamanho da amostra, etc.), tipo e escopo da entrada de dados;

 Facilidade de verificação e posterior implementação de dados para planejamento e execução de um projeto de construção.

Barreiros e Zancul (2014) afirmam que, com os custos crescentes dentro do setor da construção, o impacto sobre as margens de lucro já seria suficiente para despertar preocupação por parte das empresas do setor com relação ao tema da produtividade. Neste cenário o aumento da complexidade dos negócios, devido à gestão de múltiplas obras simultâneas, aliado ao cenário de restrição de recursos, exige das empresas um melhor cumprimento de prazos, para que oscilações de planejamento em um empreendimento não tenham tantos impactos sobre os prazos de entrega.

Para Wang et al. (2012), a montante e a jusante, a indústria é pressionada para projetar linhas de fabricação mais eficientes, controlar os custos de materiais e trabalhistas, para fabricar apenas o necessário para evitar desperdícios por conta de alterações dos pedidos e para fazer a entrega just-in-time (JIT), visando minimizar os custos de armazenamento e manuseio.

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Segundo Lantelme (1994), para avaliar a melhoria do desempenho de uma empresa, é imprescindível a medição e controle da produtividade. É comum no setor medir-se apenas a produção de uma equipe e operário para fins de pagamento das tarefas ou volume e/ou quantidade produzida. Contudo, não se deve confundir produção com produtividade. A produção é referente apenas às quantidades executadas em um determinado período e a medição da produtividade relaciona-se às quantidades executadas, o tempo gasto em sua execução e o número de indivíduos envolvidos no processo.

A mentalidade enxuta (lean thinking) é um paradigma de engenharia emergente que visa ajudar as empresas a aumentar a eficácia dos processos, reduzir custos de produtos e serviços e, consequentemente, aumentar a competitividade (AL-AOMAR, 2011). A construção enxuta, derivada da mentalidade enxuta, é uma metodologia cada vez mais popular, que tem origem no Toyota Production System (TPS) (LI et al., 2018).

Esta metodologia visa ajudar a suavizar o fluxo de produção e informação, minimizando a variação, o desperdício de material, tempo e recursos humanos, e melhorando a coordenação e a qualidade da produção. A aplicação do paradigma

lean nos sistemas de produção dinâmicos atuais exige um foco especial na análise de

medidas de desempenho baseadas no tempo, como lead time, velocidade de entrega,

takt-time de produção e nível de estoque (LI et al., 2018).

A pré-fabricação foi criada para aumentar a produtividade da construção, bem como, a capacidade de construção e a qualidade dos edifícios. Na aplicação da pré-fabricação no setor de construção é necessário analisar a seleção de materiais,

design de elementos, transporte e métodos de montagem em canteiro, bem como

prestar atenção ao layout da fábrica, controle de inventário e programação de produção (CHAN; HU, 2002a; CHEN; YANG; TAI, 2016a).

A pré-fabricação é uma forma de industrialização que transfere algumas etapas do projeto de uma construção do canteiro para uma instalação de produção fora do local de execução (WANG; HU, 2017). Atualmente, a demanda por construção pré-fabricada tem aumentado, especialmente em projetos de infraestrutura de empreendimentos públicos, habitações de interesse social e transportes.

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É um desafio ao setor de pré-fabricados de concreto produzir os elementos de concreto feitos sob medida para que possam ser entregues em canteiro conforme necessário. Pra isso, as fábricas precisam trabalhar em colaboração com projetistas e se atentar aos detalhes como dimensões, materiais e requisitos de resistência (WANG et al., 2012).

Os atuais métodos de produção para a construção de elementos pré-fabricados de concreto estão se tornando gradualmente insuficientes para atender às demandas da indústria. A maioria das fábricas pré-fabricadas incorpora linhas de produção de moldagem fixa para produzir elementos estruturais como vigas, lajes e pilares. O processo de construção de pré-moldados, por exemplo, precisa ser revisado de modo a controlar os custos, além de melhorar a alocação de recursos, a produção e o controle de qualidade (CHEN; YANG; TAI, 2016b).

1.3. Revisão Sistemática da Literatura

No intuito de compreender o que já foi abordado e produzido na literatura quanto à produtividade no setor de produção de elementos pré-fabricados e para identificar lacunas de conhecimento relacionadas, foi conduzida uma Revisão Sistemática da Literatura (RSL) também chamada de Systematic Literature Review (SLR). Todo o detalhamento do processo da revisão sistemática está disposto no Apêndice A.

Por meio do processo apresentado no Apêndice A, foram selecionados 25 artigos aderentes ao tema em análise. Ao avaliar a distribuição destes estudos pelo ano de publicação, é possível observar que 60% destes artigos foram publicados nos últimos 6 anos (2012 a 2018), mesmo sendo considerado um horizonte de 28 anos (artigos publicados a partir de 1990). Este fato indica se tratar de um tema que recentemente tem chamado a atenção da comunidade científica.

Ainda se observa que estudos sobre a produtividade no setor de produção de elementos pré-fabricados, mais voltados ao desenvolvimento de artefatos para melhoria da produtividade do setor de pré-fabricados começaram a aparecer em 2001, conforme indicado no Gráfico 1.

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Gráfico 1 - Distribuição dos artigos classificados como aderentes por ano de publicação

Fonte: Autoria própria.

Também se avaliou o periódico de publicação destes artigos, conforme indicado na Tabela 1. Do total de 25 artigos, 7 deles foram publicados no periódico

Automation in Contruction (28%), além do Journal of Construction Engineering and Management, com um total de 4 artigos (16%), os quais juntos totalizam quase metade

de toda a amostra, o que indica uma maior concentração dos artigos aderentes nestes periódicos. Tanto o Automation in Contruction e o Journal of Construction Engineering

and Management tem apresentado um grande enfoque nos artigos relacionados a

elaboração de modelos analíticos1_{para otimização de processos produtivos.}

Outra informação analisada dos artigos foram suas palavras-chave, conforme indicado na Tabela 2. Nesta tabela foram dispostas as palavras-chave utilizadas mais de uma vez em diferentes artigos. Cabe ressaltar que, mesmo a string de busca sendo product* AND (precast OR prefabricated), a palavra-chave mais encontrada nos artigos de amostra foi Genetic Algorithm, tendo um total de 8 aparições em diferentes artigos (32% dos artigos), indicando a principal temática dos artigos relacionados ao tema nos últimos anos, tema que aborda o desenvolvimento de um modelo com base em algoritmos genéticos (modelos analíticos).

1_{Modelo analítico pode ser identificado como um conjunto de fórmulas matemáticas (como por exemplo}

modelos de simulação linear ou modelos analíticos da Teoria das Filas). Na sua maioria, esses modelos são de natureza estática e não apresentam soluções analíticas para sistemas complexos, devendo-se utilizar hipóteses simplificadoras (CHWIF; MEDINA, 2015).

0 1 2 3 4 5 N ú m e ro d e A rt ig o s Ano de Publicação

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Tabela 1 - Número de artigos por periódico

Mesmo quando comparado com a quantidade total de palavras-chave, ainda assim o algoritmo genético (AG) tem destaque, contemplando 17% de todas as palavras-chaves utilizadas. Alinhado com esta análise, a segunda palavra-chave mais utilizada é optimization (otimização), o que reforça o grande enfoque atual no tema de modelos em AG, já que “otimização” está diretamente relacionada ao objetivo do uso de modelos analíticos. Em seguida, sendo utilizada em um total de 6 artigos tem-se

Precast production, alinhada com os termos de busca da RSL realizada.

Tabela 2 - Contagem das palavras-chave por artigo

Períodico Número de

artigos

Automation in Construction 7

Journal of Construction Engineering and Management 4

Expert Systems with Applications 2

Architectural Science Review 1

ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences 1

Canadian Journal of Civil Engineering 1

Computers & Structures 1

Engineering Journal 1

Engineering Optimization 1

Journal of Architectural Engineering 1

Journal of Computing in Civil Engineering 1

Journal of Engineering, Project, and Production Management 1

OR Insight 1

PCI Journal 1

Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Management Procurement and Law 1

Palavras-Chave Número de aparições Genetic algorithm 8 Optimization 6 Precast production 6 Lean construction 3 Precast construction 3 Production scheduling 3 Productivity 3 Buffer 2

Building Information Modelling (BIM) 2

Construction 2 On-time delivery 2 Precast 2 Precast concrete 2 Production planning 2 Simulation 2 Outros 93 Total 141

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Algoritmo genético (GA) é um tipo popular de algoritmos evolutivos que é utilizado para otimizar problemas complexos e foi introduzido em 1975 por Holland (1975). No GA, uma solução aleatória inicial é otimizada durante as gerações e cada nova população é construída pelo cruzamento e mutação dos indivíduos na geração anterior (MIRJALILI; MIRJALILI; LEWIS, 2014).

Além disso, foi feita uma análise da correlação entre essas palavras chaves por meio do software VOSviewer, apresentada na Figura 2. As linhas unindo duas palavras-chave representam que ambas foram utilizadas em um mesmo artigo. Desta forma foi possível agrupá-las com relação ao seu uso, gerando clusters. Nesta figura é possível observar a forte correção entre Building Information Modeling (BIM), o MFV (value stream mapping), processo e engenharia, além de outras correlações com simulação a qual está relacionada principalmente com algoritmos e modelos. Interligando diferentes clusters temos a palavra Concreto (concrete), dada a pesquisa voltada ao setor de pré-fabricados de concreto.

Figura 2 - Correlação entre as palavras-chave

Ao avaliar-se os artigos, estes foram classificados com relação aos métodos utilizados. Destes destacou-se no Gráfico 2 os métodos mais utilizados, no caso aqueles que foram adotados mais de uma vez, contemplando 60% dos artigos considerados aderentes. Neste gráfico é possível observar que o método mais utilizado foi a realização de um modelo analítico, com o uso de AG. Dentre esses casos, cabe o destaque à criação de modelos com a verificação utilizando dados retirados da literatura, sem a realização de uma coleta de dados in loco (20%). Em

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seguida tem-se a utilização da Pesquisa-Ação, diretamente realizada em fábrica, utilizada em 12% dos artigos, e a realização de um estudo de caso em fábrica seguida pela elaboração de um modelo analítico em AG, também com 12%.

Gráfico 2 - Métodos mais utilizados

Avaliados os métodos, foram identificadas nos artigos as suas principais contribuições, conforme apresentado na Tabela 3. Com relação a contribuição dos estudos, cabe destacar o “Modelo Analítico de otimização da produção de peças pré-fabricadas”, contemplando 44% dos artigos, o que está alinhado com as análises anteriores.

Tabela 3 - Contribuições dos artigos com relação ao Número de Artigos

Em seguida tem-se a “Padronização e automação do processo de preparo das formas”, “Ferramenta para mensurar a produtividade com tela de controle (dashboard) para o tomador de decisão” e “Mapeamento da produção com o uso de

0,0% 5,0% 10,0% 15,0% 20,0% 25,0% Modelagem e Simulação (Modelo Analítico - AG) Estudo de Caso (Fábrica) com Modelagem e Simulação (Modelo Analítico - AG) Pesquisa-Ação (Fábrica) Estudo de Caso (Fábrica e Canteiro) com Modelagem e Simulação (Modelo Analítico - AG) Estudo de Caso (Canteiro) com Modelagem e Simulação (Modelo Analítico - AG) Contribuição Número de artigos

Modelo Analítico de otimização da produção de peças pré-fabricadas 44,0% Padronização e automação do processo de preparo das formas 8,0% Ferramenta para mensurar a produtividade com tela de controle para o tomador de decisão 8,0%

Mapeamento da produção com uso do BIM 8,0%

Ferramenta para coleta de dados em tempo real 4,0%

Modelo de otimização de estoques 4,0%

Identificação de atividades e desperdícios 4,0%

Avaliação da aplicação de Ferramentas Lean 4,0%

Modelo para otimização da tomada de decisão 4,0%

Modelo para instalação de peças pré-fabricadas otimizada 4,0% Estabilidade básica da produção de peças pré-fabricadas 4,0% Modelo para otimização da alocação das equipes de trabalho 4,0%

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BIM”, cada um contemplando 8% dos artigos. Nota-se a grande diferença comparada com a contribuição mais visada, o que reforça ainda mais o enfoque da comunidade científica a produzir modelos analíticos para otimização.

Com base nas contribuições identificadas, foram criadas quatro classificações para os artigos quanto ao seu enfoque, conforme apresentado na Figura 3. Cabe ressaltar que esta classificação está relacionada ao enfoque principal dos artigos, o que não significa que foi o único tópico abordado. Neste processo de classificação, 69% dos artigos foram classificados como tendo seu enfoque na otimização do processo produtivo. Este alto valor se explica dado ao grande número de estudos voltados para o desenvolvimento de um modelo analítico para otimização do processo de fabricação de peças pré-fabricadas.

Em seguida tem-se os artigos classificados com seu enfoque na avaliação do processo produtivo, contemplando 19% dos artigos, os quais visaram mapear e entender a linha de produção, a instalação em canteiro, as equipes de produção, etc. Dos restantes, 8% foram classificados com o enfoque na simulação de cenários produtivos, com a elaboração de modelos de simulação com telas de controle e elaboração de cenários pelos tomadores de decisão. Por fim, apenas 4% tiveram seu enfoque voltado especificamente ao processo gerencial.

Por meio desta RSL foi possível destacar o grande enfoque da comunidade científica na elaboração de modelos e equações para otimizar o processo produtivo, equações fixas que não permitem adaptações e alterações por parte do tomador de decisão, dando aos gestores apenas uma solução pronta, única.

Figura 3 - Classificação dos artigos com relação ao enfoque do estudo

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Fica também evidente o pouco enfoque em gerar estudos voltados a elaboração de modelos de simulação, os quais dão ao gestor a possibilidade de testar e analisar seu processo produtivo, permitindo visualizar diferentes possibilidades e adotar a mais adequada aos interesses e objetivos daquele momento. Com isso observou-se uma lacuna dentro dos estudos avaliados quanto ao uso de modelos de simulação e avaliação do processo gerencial. Com base nestas informações e na literatura estudada, foi elaborada a hipótese de pesquisa deste estudo.

1.4. Hipóteses

A hipótese adotada durante a execução deste trabalho foi que “a utilização da simulação computacional de eventos discretos para simular a produção de diferentes tempos, estoques e quantidades de recursos de uma linha de produção de pilares pré-fabricados contribui para o aumento da eficiência da tomada de decisão e compreensão sobre o fluxo produtivo”.

1.5. Objetivo

O objetivo principal deste trabalho é “desenvolver um modelo para realização de simulações computacionais de eventos discretos de cenários produtivos da linha de produção de pilares pré-fabricados como ferramenta de auxílio à tomada de decisão, com base na filosofia da produção enxuta”.

1.5.1. Objetivos Específicos

Este mesmo trabalho se desdobra nos seguintes objetivos específicos:  Identificar os elementos e indicadores importantes ao gestor para

embasar sua tomada de decisão relativa a produtividade do setor de pré-fabricados;

 Mapear e modelar a linha de produção de um elemento pré-fabricado;

 Desenvolver um painel de controle que permita elaborar cenários produtivos com diferentes sequencias de atividades e tipos de pilares, levando consideração os recursos, estoques e tempo utilizados.

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1.6. Delimitação

A pesquisa foi realizada em uma fábrica de elementos pré-fabricados, acompanhando uma linha de produção de pilares pré-fabricados, dada a necessidade de delimitar o tamanho do estudo e limitação de tempo para a execução, não havendo elaboração do modelo baseado na linha de produção de outros elementos ou em outras fábricas. A pesquisa envolveu gestores de fábricas de pré-fabricados de concreto associadas a Associação Brasileira da Construção Industrializada de Concreto (ABCIC).

Este estudo se limitou ao desenvolvimento apenas do processo de fabricação da linha de produção de pilares 40x50 pré-fabricados, não incluindo o processo de desenvolvimento do projeto e o processo de instalação em canteiro. A pesquisa contemplou as áreas de produção das armações dos pilares, o processo de produção das peças, produção do concreto e processo de acabamento, englobando apenas as atividades internas à fábrica, ou seja, da chegada das matérias primas até a saída do produto acabado para o cliente final.

1.7. Estrutura do trabalho

Além do presente capítulo introdutório, o trabalho apresenta a seguinte estrutura:

O Capítulo 2 deste trabalho consiste na revisão da literatura relacionada a conceitos relativos a pré-fabricação, abordando a história da industrialização da construção e o processo de fabricação de elementos pré-fabricados, desde a concepção do projeto, fabricação, manuseio, armazenamento até o controle de qualidade do processo produtivo.

O Capítulo 3 deste trabalho aborda o tema da modelagem e simulação de sistemas, explanando sobre os diferentes tipos de simulação, formas de utilização da ferramenta, processo de construção, verificação e validação de um modelo, da simulação de processos e a aplicação da simulação no setor da construção.

O Capítulo 4 deste trabalho apresenta os conceitos relacionados à Produção Enxuta, explanando sua filosofia e valores, a ferramenta de Mapeamento do Fluxo de Valor (MFV), além de apresentar a relação entre o uso do MFV e a Simulação de Eventos Discretos (SED).

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O Capítulo 5 apresenta o método de pesquisa utilizado neste trabalho, descrevendo a estratégia de pesquisa adotada, o delineamento, a descrição e detalhamento das diferentes fases da pesquisa e os métodos e técnicas utilizados para a coleta, análise dos dados e construção do modelo.

O Capítulo 6 apresenta os resultados obtidos ao longo deste trabalho. Os resultados do Questionário Exploratório, a condução do modelo teste, descrição do local de realização do estudo, a coleta de dados, o processo de elaboração dos modelos conceituais, computacional e operacional.

O Capítulo 7 apresenta a discussão sobre os resultados deste estudo. Neste capítulo, são avaliados os resultados obtidos, comparando-os com produtos semelhantes encontrados na literatura. São também apontados neste capítulo observações referentes ao processo de produção de pilares estudado, indicando gargalos de produção e pontos de melhoria, além de uma reflexão sobre o modelo desenvolvido.

O Capítulo 8 apresenta as principais conclusões deste estudo, descrevendo a avaliação geral da condução deste trabalho, as principais considerações, atendimento ao objetivo proposto, limitações deste trabalho e sugestões para trabalhos futuros

1.8. Comitê de Ética

Este estudo foi submetido no dia 09/10/2017 à avaliação por um Comitê de Ética, tendo a situação do parecer como aprovada, registrado sob o número do parecer 2.373.747, código CAAE 78711017.0.0000.5404, emitido na data de 13 de novembro de 2017, conforme apresentado na Figura 4.

Figura 4 - Aprovação do projeto de pesquisa pelo Comitê de Ética

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Capítulo 2 - Pré-Fabricação 38

CAPÍTULO 2

PRÉ-FABRICAÇÃO

2. PRÉ-FABRICAÇÃO

Este capítulo aborda conceitos relativos a pré-fabricação, desde a história da industrialização da construção até o processo de fabricação de elementos pré-fabricados, o qual é composto pela concepção do projeto, fabricação, manuseio, armazenamento e controle de qualidade do processo produtivo.

2.1. História da industrialização da construção

Na antiguidade as construções dependiam dos recursos ambientais disponíveis no local de execução, da terra, do clima e das habilidades e ferramentas de coleta e utilização destes recursos para a criação de abrigos. Este cenário se refletia no conhecimento preciso e detalhado das condições climáticas locais e uma compreensão razoável das características de desempenho dos materiais de construção disponíveis. Os métodos utilizados para construir esses abrigos surgiram a partir de inúmeros testes e acidentes e da experiência de gerações anteriores de construtores que continuaram a usar o que funcionou e rejeitaram o restante (NGOWI et al., 2005; SEBESTYÉN, 2003).

Após a queda do Império Romano, se iniciou a Idade Média (476 d.C. – 1492 d.C.) a qual embora tenha ficado conhecida por menores atividades construtivas contou com a construção de grandes catedrais e castelos. O setor da construção tornou-se mais organizado durante este período, particularmente o corte de árvores, a extração de pedras, a queima de tijolos/azulejos e a queima de cal para as catedrais e outros edifícios. Um dos avanços mais importantes das atividades construtivas, resultante da estabilidade social da Idade Média, foi o artesanato e a educação, o que, consequentemente, criou a classe dos artesãos. A Idade Média foi seguida pelo "Renascimento", durante o qual houve renovação na arquitetura, na construção e na ciência. No entanto, este período testemunhou a erosão do monopólio medieval

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tradicional das guildas2_{de construção, resultado da introdução de novos métodos e}

sistemas construtivos (NGOWI et al., 2005; SEBESTYÉN, 2003).

O século XVIII deu origem à revolução industrial, que iniciou os grandes desenvolvimentos industriais. Mais tarde, no século XIX, surgiu um novo setor industrial que produzia equipamentos de construção com elevadores, caldeiras, radiadores, canalizações e aparelhos sanitários. O grande número de materiais de construção resultantes da revolução industrial, juntamente com a procura de novas habitações na Europa, resultado da I e II Guerras Mundiais, em especial a segunda, proporcionou uma base para o desenvolvimento de tecnologias de construção mais eficientes (HARRIS, 1992; NGOWI et al., 2005; SEBESTYÉN, 2003). Este momento exigiu um salto dos métodos tradicionais de trabalho intensivo para os modernos, e esse processo tem sido referido como a industrialização da construção.

2.1.1. Definição da Industrialização da Construção

Pesquisadores do tema diferem quanto ao que define a industrialização da construção. Atualmente, existe uma ampla definição sobre o conceito de industrialização. Nos dicionários é possível se encontrar uma variedade de descrições, mas não há um consenso (KAMAR et al., 2011). Alguns autores definem que a industrialização é, essencialmente, a mecanização da construção (BLACHÉRE, 1988), na qual um engenheiro concebe o produto, o qual pode ser produzido por uma máquina, a qual também é concebida por um engenheiro.

Neste processo são utilizados apenas operadores, os quais tem como função regular, controlar, abastecer o maquinário, transferindo-se grande parte dos demais trabalhos aos equipamentos e, por consequência, gerando uma redução da mão-de-obra. Todo este processo ainda pode ser automatizado e aprimorado por meio de regulagens e o controle deste maquinário, baseado nas avaliações dos resultados (feedback) obtidos.

Pode-se definir por meio desta ótica o processo de industrialização como a utilização de tecnologias com o intuito de substituir os métodos artesanais pela utilização das máquinas e sistemas autônomos mecanizados, onde a produção em

2 _{Associação que agrupava, em certos países da Europa durante a Idade Média, indivíduos com}

interesses comuns (negociantes, artesãos, artistas) e visava proporcionar assistência e proteção aos seus membros.

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série seria condição essencial no emprego da tecnologia industrializada (BLACHÉRE, 1988; RÁCZ; RÖNNEBLAD; OLOFSSON, 2010).

Para outros pesquisadores, a industrialização não se define apenas pela mecanização, mas também engloba a implementação de novas tecnologias (SEBESTYÉN, 2003). Um exemplo de novas tecnologias é o uso de pré-fabricados ou outros processos modernos in situ, sendo parte de um processo mais amplo de modernização a partir do desenvolvimento de métodos modernos de produção e sistemas tecnológicos. Nestas operações os processos de produção são mecanizados e estão focados na produção em massa e principalmente na produção fabril, em que o trabalho é organizado de forma centralizada (KAMAR et al., 2011).

Com o advento das novas ferramentas e tecnologias, atualmente vivencia-se a chamada terceira revolução industrial, onde a introdução da informática, da microeletrônica, robótica e cibernética, transformaram novamente o processo produtivo. Essa transformação acarretou na diminuição do número de mão de obra necessária à realização das atividades e consequentemente um aumento substancial da lucratividade das empresas (MOURA, 2011). Blachére (1988) define industrialização como o processo de racionalizar, mecanizar e automatizar, conforme ilustrado na Figura 5.

Figura 5 - Definição de Industrialização

Fonte: Adaptado de BLACHÉRE (1988).

A industrialização deverá resolver alguns problemas referentes à construção tradicional, tais como questões de saúde ocupacional e geração de resíduos. Entretanto, novos problemas típicos da construção industrializada surgem, como a necessidade de métodos padronizados de medição e uma menor tolerância quanto a variações das características de componentes pré-fabricados, os quais são produzidos por uma variedade de fornecedores (CIB, 2010).

Toda a busca pela industrialização e racionalização do setor da construção civil está pautada basicamente nas vantagens encontradas, como a redução no tempo de produção, a redução do custo final da edificação, o aumento de segurança no

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canteiro e principalmente na qualidade atingida durante e ao final do processo construtivo. Independentemente do setor produtivo, a viabilidade da implementação do processo de industrialização depende de um volume de produção, capaz de justificar os investimentos necessários e o aumento da produtividade (PEREIRA, 2012).

Um ponto importante para a implementação de processos industrializados na indústria da construção é que se faz necessário incluir um melhor suporte ao atendimento das necessidades dos clientes (RÁCZ; RÖNNEBLAD; OLOFSSON, 2010).

Por meio destas perspectivas, a industrialização na construção pode ser considerada uma associação dos pontos observados, como do uso de sistemas e equipamentos mecanizados, uso de ferramentas e sistemas de posicionamento e localização computadorizados, implementação de novos métodos e tecnologias nas unidades fabris e in situ, produção em processo contínuo, melhoria contínua da eficiência, equipes mais qualificadas e treinadas, padronização de produtos, racionalização, modularização, produção em massa e a pré-fabricação.

2.2. Definição de Pré-fabricação

O desenvolvimento da indústria da construção civil ocorreu em diferentes fases, sendo cada uma destas caracterizada por uma diversidade de métodos, tecnologias e arquiteturas próprias. Atualmente há uma significativa organização em alguns subsetores, onde se encontram sistemas construtivos mais modernos e processos de gestão industrial, dentre os quais é possível destacar os pré-fabricados de concreto (SERRA; FERREIRA; PIGOZZO, 2005).

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) na norma NBR 9062:2017 - Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-Moldado, faz a distinção entre as definições de elemento pré-fabricado e elemento pré-moldado. O elemento pré-moldado é definido como elemento moldado previamente e fora do local de utilização definitiva na estrutura. Já o elemento pré-fabricado é definido como sendo um elemento pré-moldado executado industrialmente em instalações permanentes de uma empresa destinada para este fim.

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A indústria de construção pré-moldada é frequentemente caracterizada por complexidades, ambientes não integrados e fragmentação. O setor da construção pré-fabricada tornou-se um dos principais elementos da cadeia de suprimentos da construção, que consiste na gestão eficiente de várias atividades que contribuem para o fluxo de serviços, produtos e materiais entre os fornecedores, clientes, fabricantes, arquitetos/engenheiros, empreiteiros gerais, consultores, subcontratados e desenvolvedores (ABEDI et al., 2016).

Segundo a ABNT NBR 9062:2017, a empresa fabricante deve possuir mão-de-obra treinada e especializada, matéria-prima previamente qualificada na aquisição e posteriormente a partir da avaliação do seu desempenho com base em inspeções de recebimento e ensaios, estrutura específica para controle de qualidade, laboratório e realizar inspeções das etapas ao longo do processo produtivo.

Também deve ser atendida a conformidade dos produtos por meio de ensaios, com frequência de realização declarada, a qual é estabelecida segundo as normas, fazer uso do auxílio de máquinas e equipamentos industriais que racionalizem e qualifiquem o processo e, após a moldagem, que estes elementos sejam submetidos a um processo de cura com temperatura controlada. Na Figura 6 está listada a diferença, segundo a ABNT NBR 9062:2017, entre elemento pré-moldado e elemento pré-fabricado.

A tecnologia da pré-fabricação foi desenvolvida para aumentar a produtividade, capacidade e a qualidade da construção de edifícios. Na aplicação da pré-fabricação no setor de construção, é necessário analisar a seleção de materiais, projeto e dimensões dos elementos, formas de transporte e métodos de montagem em canteiro, bem como prestar atenção ao layout da fábrica, controle de inventário e programação da produção (CHAN; HU, 2002a).

A pré-fabricação faz uso de sistemas computadorizados para o preparo do concreto, utilizando aditivos e adições no intuito de conseguir desempenhos específicos para cada classe de concreto e para seu objetivo específico, com o lançamento e adensamento do concreto executados em locais fechados, relação água/cimento otimizada e cura realizada em condições controladas. Como resultado são produzidos elementos de concreto que podem ser adaptados aos requerimentos de cada tipo de componente, otimizando o uso dos materiais mais caros e processos

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exaustivos, além, de uma maior eficácia da mistura, melhor que do concreto moldado no local (ACKER, 2002).

Figura 6 - Diferença entre Elementos Pré-moldados e Pré-fabricados

Fonte: Adaptado de ABNT NBR 9062:2017.

Segundo Albuquerque e El Debs (2005), os maiores empecilhos para o desenvolvimento e/ou a expansão do setor no ramo dos edifícios de múltiplos pavimentos, na época da condução de seu estudo, eram:

i. Pouco conhecimento do sistema, das suas possibilidades e dos seus benefícios, por parte dos integrantes da cadeia produtiva da construção civil;

ii. Estrutura inadequada de financiamento das construções residenciais, já que a rentabilidade da operação de financiamento do imóvel é mais atraente para o incorporador do que a redução de prazos, proporcionada pela pré-fabricação;

iii. Dificuldade de planejamento das obras pré-moldadas, é exigido um desembolso mais rápido no custo da estrutura;

iv. Os projetos não terem sido concebidos visando à utilização dos pré-moldados, desde o projeto arquitetônico até os projetos complementares como modulação de alvenarias ou divisórias e de instalação;

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O processo de fabricação de peças pré-fabricadas em geral segue um destes três esquemas de produção: em linha, em linhas paralelas e em estrela. A diferença entre estes processos está essencialmente na disposição das matérias-primas e em como cada etapa do processo está disposta ao longo do percurso de produção. Teixeira (1987) define estes três processos de produção como:

 Fábrica em linha: o sistema de produção começa no local de armazenagem dos agregados, retirando-se a quantidade de material desejada e transportando até o local de preparação do concreto. Todos os insumos são transportados até o misturador, normalmente em pequenos volumes, para a preparação do concreto, sendo a água adicionada nesta etapa. Esse processo é utilizado em empresas de pré-fabricados de pequeno a médio porte, nos quais, quase todos os materiais são medidos em volume;

 Fábrica em linhas paralelas: apresenta uma única diferença em relação à fábrica em linha: o armazenamento dos materiais é feito próxima à usina e em paralelo. Esse processo é o mais utilizado sendo adotado em empresas de pré-fabricados de médio porte, nas quais o transporte dos materiais é feito muitas vezes com pás mecânicas ou em equipamentos que controlam os volumes;

 Fábrica em estrela: existe uma central eletrônica dosadora para a preparação do concreto e todo o estoque fica em torno da central. É utilizada em grandes empresas de pré-fabricados e todo o material é medido em massa. Estes materiais são transportados por correias, caçambas mecanizadas ou elevadores de carga. Produzido o concreto, este é transportado por meio de gruas ou outros elementos mecânicos, até as formas nas quais as peças serão moldadas. 2.3. Produção de Elementos Pré-Fabricados

De acordo com Spadeto (2011), no processo de fabricação dos elementos pré-fabricados, os encarregados da produção e controle da qualidade devem seguir manuais técnicos preparados pela empresa, que apresentem as especificações e procedimentos relacionados a formas, armadura, concreto, manuseio e armazenamento e as tolerâncias exigidas. Todas as etapas devem possuir registro

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por escrito, em documentação adequada, na qual constem claramente indicados a identificação da peça, a data de fabricação, o tipo de aço e de concreto utilizados e as assinaturas dos inspetores responsáveis pela liberação de cada etapa de produção devidamente controlada, onde os elementos são identificados individualmente ou por lotes de produção.

De acordo com a ABNT NBR 9062:2017, o processo de produção de elementos pré-fabricados é dividido em quatro partes: Projeto; Fabricação; Manuseio, Armazenamento e Transporte e; Controle de Qualidade e Inspeção, conforme ilustrado na Figura 7. Cada etapa tem um papel importante dentro do processo de produção e especificações a serem atendidas.

Figura 7 - Processo de produção de elementos pré-fabricados

2.3.1. Projeto

Os projetistas ao elaborarem o projeto com o uso de sistemas pré-fabricados devem considerar as possibilidades, restrições e características do uso dos pré-fabricados, seus detalhes, produção, transporte, montagem e estados de serviço antes de completar o projeto da estrutura. Acker (2002) afirma que para o uso dos elementos pré-fabricados ser mais viável, e se possa fazer uso de seu potencial, o ideal é que o projeto, desde o início, seja concebido com o devido respeito às suas demandas específicas, considerando os seguintes pontos:

 Concepção do projeto já visando o uso de elementos pré-fabricados;  Respeito à filosofia específica de projeto – uso de sistema de contraventamento próprio, vãos grandes e assegurar a integridade estrutural;

 Usar soluções padronizadas sempre que possível – modulação de projeto, padronização de produtos entre fabricantes e padronização interna para detalhes construtivos e de procedimentos para produção e/ou montagem;