Estruturas de madeira e encaixes

As estruturas de madeira erguem o esqueleto de uma casa ou de um celeiro com grandes vigas esquadriadas, presas umas às outras por encaixes talhados e cavilhas de madeira, com poucos pregos ou nenhum. Os encaixes mais antigos datados pelos anéis das árvores estão em revestimentos de poços de carvalho que os primeiros agricultores da Europa Central fizeram com ferramentas de pedra por volta de 5255 a.C.

O que é

Uma estrutura de madeira é o esqueleto de um edifício, feito de grandes vigas ligadas entre si pela própria forma da madeira. Os prumos assentam num frechal inferior, as vigas correm sobre as suas cabeças, escoras curtas travam os cantos e as pernas das asnas sustentam o telhado. As paredes, preenchidas depois com taipa de fasquio, tijolo ou tábuas, quase não suportam peso.

Cada encaixe é talhado para que uma peça entre na outra, uma espiga numa caixa ou um entalhe sobre outro entalhe, e uma cavilha de madeira cravada através dele mantém-no fechado. Durante quase toda a história o ferro foi caro, e um encaixe bem cortado dispensa-o.

Como funciona

As ferramentas básicas do carpinteiro de estruturas: o machado para esquadriar, o formão e o maço para os encaixes, o esquadro para os traçar.

Da árvore à viga. Em grande parte da Europa, os carpinteiros trabalhavam o carvalho verde, pouco depois do abate, quando ainda se corta com facilidade. O tronco era esquadriado com machado ou serrado ao comprido por dois serradores sobre uma cova, um de pé em cima do tronco e outro por baixo. Completamente seco, o carvalho pode retrair até um décimo da largura no sentido dos anéis, e uma estrutura cavilhada absorve esse movimento. As resinosas, como o pinho e o abeto, eram em geral secas antes de usadas.

Espiga e caixa. Uma lingueta retangular, a espiga, talhada na ponta de uma peça, entra num vazio da mesma forma, a caixa, aberto no flanco de outra, e uma cavilha atravessa as duas. Na furação desfasada, o furo da espiga fica cerca de 3 mm mais perto do ressalto. A cavilha cónica obriga os furos a alinharem-se e puxa o ressalto contra o prumo; quando a madeira retrai, a cavilha, ligeiramente vergada, mantém a ligação fechada.

Uma emenda em bisel prolonga uma viga; as cavilhas atravessam as duas metades da sobreposição.

O encaixe a meia-madeira faz duas peças sobreporem-se com toda a face em contacto, o que reparte a carga. Uma cauda de andorinha talhada numa meia-madeira alarga para a ponta, e a peça que segura já não pode sair de lado. A emenda junta duas peças topo a topo quando nenhuma árvore é suficientemente comprida, com uma sobreposição de cerca de três vezes a altura da viga.

O triângulo. Um retângulo de vigas cavilhadas pode deitar-se num paralelogramo quando o vento o empurra. Uma escora em cada canto forma triângulos, e um triângulo não muda de forma sem que um dos lados mude de comprimento.

A asna. Duas pernas apoiadas uma na outra empurram para fora nos pés. Numa asna assentam numa linha que lhes segura os pés: as pernas trabalham à compressão e a linha à tração, como uma corda. Na asna de pendural, a peça vertical do meio pende do cume e segura o centro da linha, por isso também está tracionada.

O levantamento de um pórtico: as varas empurram-no para cima e a corda do outro lado impede-o de tombar.

O levantamento. Cada pórtico transversal era montado deitado no chão, e os encaixes recebiam marcas de carpinteiro para que as peças se voltassem a encontrar. Na obra, uma equipa erguia-o à mão e depois com varas compridas, enquanto outros seguravam cordas do lado oposto para que não passasse da vertical. Escoras provisórias em diagonal mantinham-no de pé até que as vigas das paredes e as escoras definitivas tornassem a estrutura estável nas duas direções.

Ao abrigo da humidade. A madeira que fica húmida apodrece. Por isso o frechal inferior assenta num murete de pedra ou tijolo, o embasamento, acima do solo e dos salpicos da chuva. Mesmo assim, nos edifícios antigos é a peça que mais vezes apodrece, e pode ser substituída enquanto a estrutura fica apoiada em escoramentos.

Como construir

Um encaixe de ensaio e um pequeno quadro travado chegam para perceber o essencial. São precisas peças de resinosa ou de carvalho verde de 100 × 100 mm, um serrote, um formão de 25 mm, um maço, um berbequim com brocas de 20 e 30 mm, um esquadro e cavilhas rachadas de carvalho seco.

Traçar o encaixe. Tire todas as medidas a partir de uma mesma face de referência de cada peça. No prumo, trace uma caixa com 35 mm de largura, cerca de um terço da secção, e 100 mm de comprimento; na viga, uma espiga com 35 mm de espessura e 75 mm de comprimento.

Cortar. Abra furos de 30 mm sobrepostos, com 80 mm de profundidade, dentro das linhas da caixa, e acerte as paredes com o formão. Serre as faces da espiga e depois os ressaltos. A espiga deve entrar com pancadas leves do maço.

Furar desfasado. Fure o prumo através da caixa, a 35 mm da face por onde entra a viga. Meta a espiga, marque nela o centro do furo, desmonte e fure a espiga 3 mm mais perto do ressalto. Afie a ponta da cavilha em cone, volte a montar e crave-a: o ressalto fecha-se.

O quadrado contra o triângulo. Pouse no chão, deitados, dois prumos, um frechal inferior e uma viga superior, e encaixe-os com quatro destes encaixes, ainda sem cavilhas. Empurre um canto de lado: o retângulo deforma-se num paralelogramo. Desmonte, junte duas escoras a 45 graus, encaixadas por espiga no prumo e na viga, volte a montar, crave as cavilhas e empurre de novo: o quadro fica em esquadria. Confirme com o triângulo 3-4-5: 300 mm no frechal, 400 mm no prumo e 500 mm entre as duas marcas. Deixe o quadro deitado, ou escorado dos dois lados se o puser de pé; é um exercício e não deve suportar qualquer carga.

Segurança. Machados, formões e serrotes cortam fundo: prenda a peça com grampos, mantenha as duas mãos atrás do gume e corte afastando a ferramenta do corpo. Use óculos de proteção ao cravar as cavilhas e calçado com biqueira de proteção. Um prumo de carvalho verde desta secção, com 3 m de comprimento, pesa cerca de 30 kg: levante as peças pesadas entre várias pessoas e erga um quadro só com gente, cordas e escoras suficientes. Planeie cada levantamento com antecedência e fixe escoras provisórias a um quadro erguido antes que alguém o largue. Nunca fique debaixo de uma peça levantada nem do lado para onde um quadro possa cair. Em altura, trabalhe a partir de um andaime e não de um escadote. Qualquer estrutura que vá suportar um telhado, um piso ou pessoas, mesmo a de um abrigo de jardim, precisa de peças e encaixes dimensionados por um engenheiro de estruturas e deve cumprir os regulamentos de construção locais.

História e evolução

Os encaixes mais antigos datados pelos anéis das árvores vêm de poços da cultura da cerâmica linear, a dos primeiros agricultores da Europa Central. Em Ostrov, na Chéquia, as pranchas foram enfiadas em longas ranhuras abertas em quatro postes de canto de carvalho; as árvores dos postes foram abatidas em 5259–5258 a.C. e as das pranchas em 5256–5255 a.C. Quatro poços perto de Leipzig, com carvalhos abatidos entre 5206 e 5098 a.C., têm cantos entalhados, e dois assentam em quadros de base ligados por espiga e caixa. Tudo foi talhado com enxós de pedra, cunhas e fogo.

No curso inferior do Yangtzé, madeiras da cultura de Hemudu, com 7000 a 5000 anos, também mostram espigas e caixas. Os machados e serras de ferro aceleraram o trabalho, e a Europa medieval ergueu casas, celeiros e coberturas de catedrais com encaixes cavilhados.

Em 1833, Augustine Taylor construiu a igreja de St Mary, em Chicago, com montantes leves serrados de 2 × 4 e 2 × 6 polegadas, muito próximos e pregados. Os pregos eram baratos e os carpinteiros qualificados escassos. O nome «balloon frame» viria dos céticos, que diziam que o edifício iria pelos ares. Não é certo que Taylor tenha sido o primeiro, mas a maioria das casas ligeiras de madeira descende deste método.

No século XX, os engenheiros aprenderam a colar tábuas finas para formar grandes vigas. Mjøstårnet, uma torre norueguesa de 18 pisos concluída em 2019, assenta em treliças de madeira lamelada colada ligadas por chapas de aço e cavilhas metálicas.