Esclusas del canal de Panamá

Las esclusas de Gatun del Canal de Panamá, vista hacia norte hacia el Océano Atlántico.

Este diagrama del Canal de Panamá ilustra la secuencia de esclusas y de pasos que un buque pasa mientras que transita el canal.

Archivo:Panama Canal Lock Section.png

Sección representativa a través de las esclusas del canal, mostrando la construcción de las paredes del lado y de centro, y las alcantarillas para llenar y drenar las cámaras de esclusa.

Las puertas de las esclusas de Gatun se abren para un barco de cruceros que hace entrando hacia el lado del Caribe del canal. Las puertas en ambos extremos de la cámara superior se doblan por seguridad.

Archivo:Panama Canal Ship Entering Chamber.jpeg

Un buque de carga cabe cómodamente entre las paredes de las esclusas, mientras las mulas en ambas lados de las escusas la guian hacia adelante.

Una "mula" en acción en las esclusas de Miraflores. El Centro para Visitantes de Miraflores se puede ver al fondo.

Archivo:Panama Canal Gatun Lock Chamber.jpeg

Una cámara de esclusa hueca en Gatun es fotografiada desde un pequeño bote a punto de entrar. The auxiliary gates can be seen part-way up the chamber, and the swinging road bridge is under the arches in the foreground.

La pared media de las esclusas de Gatun, durante la construcción, en 1910. El hombre parado debajo y a la derecha de la alcantarilla ilustra la escala.

La forma principal de la alcantarilla se puede observar en el primero plano durante la construcción; detrás se puede ver la forma que tendrán las paredes elevadas.

Las esclusas del Canal de Panamá, que levantan las naves 25,9 m (85 pies) hacia la elevación principal del Canal de Panamá, fue en su momento uno de los trabajos de ingeniería más grandes en ese entonces, eclipsado solamente por otras etapas del proyecto del canal. No había otra construcción de concreto comparable en tamaño hasta la construcción de la represa Hoover en los años 30. La longitud total de las estructuras de las esclusas, incluyendo el acceso de las paredes, es de 3 kilómetros (casi dos millas).

Las esclusas, que tienen un total de seis pasos, limitan el tamaño máximo de las naves que pueden transitar por el canal, conocido como Panamax. Cada uno de estos pasos tiene dos cámaras de esclusas, doblando la cantidad de tráfico que puede ser manejada; juntas aumentan las naves del nivel del mar a una altura de 25,9 m (85 pies).

Las esclusas deben ser ampliadas en un futuro próximo para permitir que mayor cantidad y naves más grandes utilicen el canal.

Diseño

Hay tres juegos de esclusas en el canal. Una trayectoria de dos etapas en Miraflores, y una trayectoria de una etapa en Pedro Miguel, elevación envía del Pacífico hasta el lago Gatún; entonces una trayectoria triple en Gatún lo baja al lado atlántico. Los tres sistemas de esclusas se emparejan; es decir, hay dos trayectorias paralelas de esclusas en cada uno de los tres sitios de la esclusa. Esto, en principio, permite que las naves pasen en direcciones opuestas simultáneamente; sin embargo, las naves grandes no pueden cruzar con seguridad a velocidad en el Corte Culebra.

Las cámaras de esclusa son 33,53 metros (110 pies) de par en par al lado de 320,0 metros (1050 pies) de largo, con una longitud usable de 304,8 metros (1000 pies).

Estas dimensiones determinan el tamaño máximo de las naves que pueden utilizar el canal; este tamaño se conoce como Panamax. La elevación total (la cantidad por la cual una nave es aumentada o bajada) en los tres pasos de las esclusas de Gatun es 25,9 m (85 pies); la elevación de las dos etapas de Miraflores es 16,5 m (54 pies). La esclusa de Pedro Miguel tiene una elevación de 9,5 m (31 pies). La elevación en Miraflores varía debido a las mareas extremas en el lado pacífico, entre 13,1 m (43 pies) en la alta marea extrema y 19,7 m (64,5 pies) en la marea baja extrema; las mareas en el lado atlántico, sin embargo, son muy pequeñas.

Las cámaras de esclusa son estructuras concretas masivas. Las paredes laterales tienen desde 13,7 a 15,2 metros (45 a 55 pies) de densidad en las bases; hacia la tapa, donde se requiere menos fuerza, afilan abajo en pasos a 2,4 m (8 pies). La pared de centro entre las cámaras es 18,3 m (60 pies).

Volumen y drenaje

Cada cámara de esclusas requiere 101.000 m3 ( 26.680.000 E.E.U.U. galón; 22.220.000 imp galón) para llenarla de la posición bajada a aumentado; la misma cantidad de agua debe ser escurrida la cámara para bajarla otra vez. Se encajan en las paredes del lado y de centro tres alcantarillas grandes, que se utilizan para llevar el agua del lago en las cámaras, y de cada cámara abajo a la siguiente, o al mar. Estas alcantarillas tienen un diámetro de 22 pies (6,71 m)al inicio, y 18 pies (5,49 m) en el diámetro de salida.

Hay catorce alcantarillas cruzadas en cada cámara, cada uno con cinco aberturas; siete alcantarillas cruzadas de las alcantarillas principales del flanco alternan con siete de la alcantarilla de la pared de centro.

El agua es movida por la gravedad, y controlada por las válvulas enormes en las alcantarillas; cada alcantarilla cruzada es independientemente controlada. Una cámara de esclusa se puede completar tan poco como ocho minutos; hay turbulencia significativa en la cámara de cerradura durante este proceso.

Las puertas

Las puertas que separan las cámaras en cada vuelo de cerraduras deben retener un considerable peso de agua, y deben ser confiables y bastante fuerte soportar accidentes, como el fracaso de una puerta podría provocar una inundación catastrófica del agua rio abajo. Estas puertas están de tamaño enorme, extendiéndose a partir del 47 a 82 pies (14,33 a 24,99 m) altos, dependiendo de la posición, y son 7 pies (2,13 m); las puertas más altas se requieren en Miraflores, debido a la gama de mareas. Cada puerta tiene dos hojas, 65 pies (19,81 m) de par en par, que cerca de una forma de V con el punto contra la corriente. Las hojas más pesadas pesan 662 t (ST 730; LT 652); las bisagras pesan cada una 16,7 t (36.817 libras).

La maquinaria original de la puerta consistió en un rodillo impulsor enorme, accionado por un motor eléctrico, a el cual fue atada una biela, que a su vez ató al centro de la puerta.

Estos mecanismos fueron substituidos por los puntales hidráulicos en enero de 1998, después de 84 años de servicio. Las puertas son huecos y boyantes, como el casco de una nave, y están tan bien equilibradas que dos motores de 19 kilovatios (25 caballos de fuerza) son bastantes para mover cada hoja de la puerta; si un motor falla, el otro puede todavía actuar la puerta a velocidad reducida.

Cada cámara también contiene un par de puertas auxiliares que se puedan utilizar para dividir la cámara en dos; esto se diseña para permitir el tránsito de buques más pequeños - tales como tirones del canal - sin usar la cantidad completa de agua. Eran originalmente incorporados debido al hecho de que era la mayoría aplastante de todas las naves de los 1900s tempranos menos de 600 pies (183 m) en longitud, y por lo tanto no necesitarían el integral de la cámara de cerradura. Estas puertas se utilizan hoy en día raramente; en lugar, los botes pequeños tales como barcos del viaje, tirones, y yates se pasan en grupos.

Las mulas

Desde el principio, era considerado una característica importante de la seguridad que las naves fueron dirigidas sin embargo las cámaras de la esclusa por las locomotoras eléctricas, conocidas como mulas (mulas, nombradas después de los animales usados tradicionalmente para tirar de las gabarras), en las paredes de la cerradura. Estas mulas se utilizan para el control de lado a lado y de frenado en las cerraduras bastante estrechas (naves modernas en relación con del día del estrecho). La carrera útil en y a través de las esclusas es proporcionada realmente por los motores de las naves y no las “mulas”. Una nave que se acerca a las cerraduras primero levanta a la pared de la guía, que es una extensión de la pared de centro de las esclusas, donde las mulas en la pared antes de proceder le toman bajo control en la esclusa. Mientras que ella se mueve adelante, las líneas adicionales se llevan las mulas en la otra pared. Con las naves grandes, hay dos mulas en cada lado en el arco, y el lado dos de cada uno en la popa - ocho en total, teniendo en cuenta el control exacto de la nave.

Las mulas ellos mismos corren en las pistas del estante, a las cuales se adaptan. Cada mula tiene un torno potente, actuado por el conductor; éstos se utilizan para tomar la línea adentro o para pagarla, para mantener la nave centrada la esclusa mientras que la mueven desde cámara a la cámara. Con tan poco como 60 cm (2 pies) de espacio en cada lado de una nave, la considerable habilidad se requiere de parte de los operadores. Buques más pequeños, tales como pequeños barcos del viaje y yates privados, se toman como tránsitos de la línea, donde las líneas de amarre a las paredes de la cerradura son manejadas manualmente por la línea manipuladores en la nave.

Las características de seguridad

Un fallo de las puertas de la esclusa - por ejemplo, causado por una nave que golpee una puerta causando fugas - podría provocar una inundación en las tierras rio abajo de las esclusas, como el lago sobre las esclusas (lago Gatun o lago Miraflores) drena a través del sistema de la esclusa. La seguridad adicional contra esto es proporcionada doblando las puertas en ambos extremos de la cámara superior en cada vuelo de esclusa; por lo tanto, hay cuatro puertas en cada vuelo de las esclusas que tendrían que no poder permitir que el alto nivel del agua pase rio abajo. Las puertas adicionales son de 21 m (70 pies) lejos de las puertas de funcionamiento. Originalmente, las esclusas también ofrecieron barreras de cadena, que fueron estiradas a través de las cámaras de esclusa para evitar una nave perder control y pegue una puerta, y que fueron bajadas en el piso de la esclusa para permitir que la nave pase. Estas cadenas de la defensa ofrecieron mecanismos de frenado elaborados para permitir que a una nave hasta 10.000 toneladas sean paradas con seguridad; sin embargo, dado el control exacto de naves hizo posible por las mulas, él era muy inverosímil que estas cadenas serían requeridas nunca. Con muchos usuarios modernos del canal estando sobre 60.000 toneladas, y dado el costo de mantenerlas, las cadenas de la defensa fueron reducidas en gran número en 1976 y finalmente quitadas en 1980. Más allá de esto, el diseño original de las cerraduras tenía otra más característica de la seguridad - las presas de la emergencia que se podrían balancear a través de las esclusas en el extremo superior de cada vuelo. Éstos consistieron en los puentes de balanceo, de los cuales las vigas fueron bajadas al piso de la esclusa; los obturadores de acero se podían entonces funcionar con abajo de estas vigas para bloquear el flujo de agua. Los taladros mensuales fueron celebrados, por noche y día, para asegurarse de que estas presas se podrían desplegar en una emergencia.

En los últimos 30 años, las presas originales fueron substituidas por las nuevas presas, que fueron aumentadas de ranuras en la parte inferior de las cámaras de esclusa, hidráulicamente o por el aire comprimido. Las nuevas presas ellos mismos fueron retiradas en el finales de los 80, y hoy, no hay presas de la emergencia.

Los controles

Puesto que todo el equipo de las esclusas funcionan eléctricamente, el proceso entero de encerrar una nave hacia arriba o hacia abajo puede ser controlado desde una sala de mando central, que está situada en la pared del centro del vuelo superior de las esclusas. Los controles fueron diseñados desde el principio para minimizar los errores del operador, e incluyen un modelo completo de las esclusas, con los componentes móviles que reflejan los estados de las puertas de esclusa y de las válvulas reales. De esta manera, el operador puede ver exactamente en qué estado están las esclusas y las válvulas del agua.

Los dispositivos de seguridad mecánicos se incorporan a los controles para asegurarse de que ningún componente puede ser movido mientras que otro esté en un estado incorrecto; por ejemplo, abriendo las válvulas del dren y del terraplén de una cámara de esclusas simultáneamente.

Construcción

El proyecto de construir las esclusas comenzó con el primer hormigón puesto en Gatun, el 24 de agosto de 1909.

Las esclusas en Gatun se incorporan a un corte hecho en una colina que confina el lago, que requirió la excavación del ³ de 3.800.000 m (5.000.000 yardas cúbicas) del material, sobre todo roca. Las esclusas fueron hechas del ³ de 1.564.400 m (2.046.100 yardas cúbicas) del hormigón.

La cantidad de material necesaria para construir las esclusas requirió medidas extensas para ser puesto en el lugar para manejar la piedra y el cemento. La piedra fue traída de Portobelo a las esclusas de Gatún; el trabajo sobre el lado pacífico utilizó de piedra extraído de la colina del Ancón.

El cable carril de arriba fue construido para transportar el hormigón en la construcción en Gatún. Las torres de 26 metros (85 pies) de alto fueron empleadas los bancos del canal, y los cables del alambre de acero de 6 cm (2,5 pulgadas) fueron atados entre ellos para atravesar las esclusas. Los cubos que corrían en estos cables llevaron hasta seis toneladas de hormigón a la vez en las esclusas. Los ferrocarriles eléctricos fueron construidos para llevar la piedra, la arena y el cemento de los muelles las mezcladoras concretas, de donde otro ferrocarril eléctrico llevó dos cubos de 6 toneladas a la vez a los cablecarriles. Las construcciones más pequeñas en Pedro Miguel y Miraflores utilizaron las grúas y las locomotoras de vapor en una manera similar.

El hormigón se moldea normalmente en el encofrado, las estructuras temporales que dan forma al hormigón mientras que fijan. Para una construcción simple, éstos serían hechos normalmente muy simplemente de la madera, pero la escala de las esclusas exigió formas extraordinarias.

Las formas para las paredes consistieron en las torres, afrontadas con las hojas verticales apoyadas, 19 cm (7 pulgadas del ½) densamente, montado en los carriles para permitir que las esclusas sean construidas en secciones; una sección de la esclusas sería vertida detrás de la forma, y cuando fue fijada, la forma sería movida para hacer la sección siguiente. Cada uno de las doce torres tenía 23,8 m (78 pies) de alto por 11,0 m (36 pies) de par en par. Las formas para las alcantarillas fueron hechas del acero, y eran plegables así que podrían ser quitadas y ser movidas adelante después de que cada sección de la alcantarilla hubiera fijado. Había, en todos, 33 formas para el centro y las alcantarillas del flanco, cada 3,7 m (12 pies) de largo; y 100 formas más pequeñas para las alcantarillas laterales.

Las esclusas del lado del Pacífico fueron acabados primero; en Pedro Miguel en 1911 y Miraflores en mayo de 1913.

El tirón de alta mar Gatún, un tirón atlántico del funcionamiento de la entrada usado para acarrear las gabarras, tenía el honor el 26 de septiembre de 1913, de hacer el primer cierre ensayo de esclusas de Gatún. El ensayo fue un éxito, aunque todas las válvulas fueran controladas manualmente desde que el tablero de control central ya que aun no estaba listo.

Vista panorámica de las Esclusas de Miraflores a punto de ser terminadas en 1914.

Referencias

• Preguntas Frequentes sobre la Autoridad del Canal de Panama: [1]

• Historia del Canal de Panamá, por Ira E. Bennett: [2]

• Una historia del Canal de Panamá, La Autoridad del Canal de Panamá: [3]

• Cemento y concreto, Constructores del Canal de Panama, CZ Brats: [4]

• El Canal de Panamá, por coronel George W. Goethals: [5]