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Diseño de las Esclusas

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Esclusas en construcción

El plan original para la construcción de un canal de esclusas requería de un juego de esclusas de tres niveles en Gatún, uno de un nivel en Pedro Miguel y uno de dos niveles en Cerro Sosa. A fines de 1907, se decidió cambiar las esclusas de Cerro Sosa más hacia adelante, en Miraflores, principalmente porque el nuevo sitio ofrecía fundaciones más estables para la construcción, pero también porque permitía mayor protección contra bombardeos marítimos.

Las esclusas recibieron sus nombres de ubicaciones geográficas ya existentes antes de que se construyera el Canal. Todas las cámaras de las esclusas tienen las mismas dimensiones – 110 pies de ancho por 1,000 pies de largo – y están construidas en pares. O sea que dos pares de cámaras corren lado a lado para acomodar el tráfico en dos vías, ya sea en direcciones opuestas al mismo tiempo o en la misma dirección, dependiendo de las necesidades de tránsito. Las Esclusas de Gatún tienen tres niveles o pares de cámaras, las de Pedro Miguel tienen un nivel y las de Miraflores tienen dos niveles, haciendo un total de seis pares con 12 cámaras en total. Las esclusas han sido reconocidas como el triunfo estructural del Canal de Panamá y constituyen un aspecto único de la vía acuática. Para el tiempo de su construcción, la estructura completa, sus dimensiones y su innovador diseño sobrepasaron los de cualquier estructura similar existente y aún en la actualidad son consideradas una maravilla de la ingeniería del mundo.

Tomó cuatro años construir todas las esclusas a partir de la primera capa de concreto colocada en Gatún el 24 de agosto de 1909. Hasta finales de la década de 1800, el concreto, una combinación de arena, grava y cemento, había sido poco utilizado en la construcción, y se utilizaba mayormente en pisos y sótanos. Todavía había mucho por aprender y muchas decisiones por tomar sobre la ciencia del concreto, que requiere de medidas específicas y controladas de las cantidades y tamaño agregado del agua, cemento y arena, al igual que una programación cuidadosa de un eficiente sistema de transporte del sitio de origen a su destino. El trabajo de concreto en Panamá era un reto sin precedentes, cuyo volumen total no sería igualado, si no hasta la construcción de la Represa Boulder en la década de 1930.

A pesar de la novedad de la ciencia, los resultados fueron extraordinarios. Luego de más de 80 años de servicio, el concreto de las esclusas y vertederos del Canal de Panamá está en condiciones casi perfectas, lo cual resulta para los ingenieros de la actualidad uno de los aspectos más excepcionales de todo el Canal.

Los barcos de la organización del Canal — el Ancón y el Cristóbal — trajeron de Nueva York todo el cemento para construir las esclusas, represas y vertederos. En el lado Atlántico, la grava y la arena llegaron por mar desde áreas al este de Colón, la grava desde una gran planta de trituración en Portobelo y la arena de Nombre de Dios. Para el Pacífico, la roca fue sacada y triturada en el Cerro Ancón; la arena se trajo de Punta Chame en la Bahía de Panamá.

Tres hombres, el Teniente Coronel Harry Hodges, Edward Schildhauer y Henry Goldmark fueron responsables en gran parte por el diseño de ingeniería de las esclusas. El trabajo tomó años de planificación por adelantado. Hodges era oficial del Ejército y valioso asistente de Goethals y era responsable de todo el diseño y construcción de las compuertas de las esclusas, indiscutiblemente la responsabilidad técnica más difícil de todo el proyecto. Goethals señaló que el Canal no hubiera podido ser construido sin Hodges. Schildhauer era ingeniero eléctrico y Goldmark estuvo a cargo del diseño de las compuertas de las esclusas.

Por supuesto que el factor clave en toda la empresa del Canal fue, y sigue siendo, el agua. El agua eleva los barcos 85 pies sobre el nivel del mar hasta la superficie del Lago Gatún, los lleva a través de la Cordillera Continental y los vuelve a bajar al nivel del mar en el océano opuesto. El agua también sirve para generar energía eléctrica, para operar los motores eléctricos que abren y cierran las compuertas y las válvulas y las locomotoras eléctricas de las esclusas.

El Canal de Panamá no utiliza bombas; el agua realiza su trabajo utilizando solamente la fuerza de gravedad. El agua entra o sale a través de túneles gigantes, o alcantarillas, de dieciocho pies de diámetro, que corren a lo largo de los muros central y laterales de las esclusas. Alcantarillas más pequeñas se ramifican en ángulo a la derecha y corren lateralmente bajo el piso de cada cámara de las esclusas, 20 en cada cámara. Cada alcantarilla cruzada tiene cinco salidas, haciendo un total de 100 hoyos en cada cámara para que el agua entre o salga, dependiendo de qué válvulas se abren o cierran. Este gran número de hoyos distribuye el agua de forma pareja sobre toda el área del piso para controlar las turbulencias.

Para llenar una esclusa, se cierran las válvulas principales en el extremo más bajo de la cámara, mientras que se abren las que se encuentran en el extremo superior. El agua fluye del lago a través de las grandes alcantarillas hacia las alcantarillas cruzadas y sube a través de los hoyos en el piso de las cámaras. Para sacar el agua de las esclusas, se cierran las válvulas en el extremo superior y se abren las del extremo inferior.

Compuertas

Las compuertas de las esclusas constituyen las partes móviles más llamativas del Canal. Las compuertas se mueven como puertas dobles. La construcción hueca e impermeable de las mitades inferiores las hace flotar en el agua, reduciendo grandemente el trabajo de las bisagras. Todas las hojas de las compuertas miden 64 pies de ancho por 7 pies de grosor. Sin embargo, varían en altura de 47 a 82 pies, dependiendo de su ubicación. Por ejemplo, las compuertas de las cámaras bajas de las Esclusas de Miraflores son las más altas debido a la variación extrema en las mareas del Pacífico.

El diseño y construcción de todas las compuertas de las esclusas constituyó uno de los grandes retos de ingeniería para el Canal y uno de sus mayores triunfos. El mecanismo sencillo pero poderoso para operar las compuertas fue diseñado por Edward Schildhauer. Su diseño no tenía un modelo establecido a seguir. Sin embargo, cada aspecto de este vital mecanismo debía ser diseñado y fabricado con precisión para que trabajara sin fallas y fuera confiable. Las compuertas debían moverse con facilidad y al mismo tiempo soportar una enorme presión. Poderosos brazos de acero conectan las hojas de las compuertas de las esclusas a enormes engranajes maestros empotrados dentro de las paredes de las esclusas. Cada engranaje maestro de 20 pies de diámetro, colocado horizontalmente, es movido por un motor eléctrico. Cuando están en operación, el engranaje y el brazo funcionan como la rueda y la vara conectora de la locomotora de un ferrocarril al abrir y cerrar las compuertas.

En las Esclusas de Miraflores, cada cámara de las esclusas, excepto las de las esclusas inferiores, tiene un juego de compuertas intermedias. El propósito de estas compuertas es conservar agua al reducir el tamaño de la cámara, si el barco en tránsito no es uno de los gigantes Panamax y puede ser acomodado dentro de una cámara de 600 pies.

Como las mismas compuertas de las esclusas son una especie de represa y están sobre el nivel del mar, se tomaron precauciones para protegerlas de daños que pudieran permitir que el agua del lago se saliera y fluyera hacia el mar. Una de esas medidas fue colocar compuertas dobles delante de la nave, una principal y otra de seguridad, en los sitios en los que un daño a las compuertas pudiera permitir la unión de los dos niveles, o sea, en los extremos superior e inferior de la esclusa superior a cada nivel y a ambos lados del único nivel en las Esclusas de Pedro Miguel.

Además, se instalaron cadenas de hierro para defensa que se extendían a través de las cámaras entre las paredes de las esclusas y protegían las compuertas de seguridad. La cadena era bajada sólo cuando el barco se encontraba en la posición adecuada y bajo el control de la locomotora de remolque. La idea era que si el barco perdía el control y golpeaba la cadena, un liberador automático iría soltando la cadena lentamente hasta que el barco se detuviera, limitando así los daños posibles. Por lo costoso de su mantenimiento, en comparación con lo poco que era utilizado, la Junta Directiva aprobó la remoción del sistema de cadenas en julio de 1976, excepto en los extremos superiores de las esclusas de Gatún y Pedro Miguel; las cadenas remanentes se removieron en octubre de 1980.

De todos modos, quedó un dispositivo para resguardar los barcos que pudieran chocar contra una compuerta de seguridad. Este dispositivo es lo que se conocía como represa de emergencia, y estaba instalado en las paredes laterales a la entrada de cada esclusa superior entre la cadena para defensa y las compuertas de seguridad. Era un enorme aparato de acero colocado para que girara hasta el otro lado de la entrada de las esclusas en unos dos minutos en caso de emergencia. Una serie de vigas maestras para puertas de desagüe descenderían, formando andenes y se bajarían enormes planchas de acero hasta sellar el cauce. Como nunca se utilizaron, las represas de emergencia fueron removidas a mediados de 1950.

La electricidad era la fuerza que movía los cablevías, grúas, trituradoras de piedra y mezcladoras de cemento en los tiempos de la construcción del Canal. Un canal todo eléctrico fue una innovación durante la primera década del siglo XX. Las operaciones de las esclusas requerían de unos 1,500 motores eléctricos, pues todos los controles eran eléctricos. La Compañía General Electric fabricó casi la mitad del equipo eléctrico requerido durante la construcción y virtualmente todos los motores, relés, interruptores, cableado y equipo generador permanente. También construyeron las locomotoras de remolque originales de las esclusas y todo el sistema de iluminación.

El sistema de locomotoras eléctricas de remolque fue diseñado para proporcionar control completo sobre el movimiento de las naves que transitaran las esclusas. Diseñadas por Schildhauer, las locomotoras se mueven sobre rieles construidos sobre las paredes de las esclusas y operan a una velocidad de unas 2 millas por hora. Un factor importante que se consideró durante su diseño fue que las locomotoras deberían pasar por la inclinación de 45 grados entre las cámaras de las esclusas. Las locomotoras fueron construidas en Schenectady, Nueva York, a un costo de $13,000 por unidad.

Schildhauer también diseño el concepto básico del sistema de control de las esclusas, aunque su desarrollo fue un esfuerzo conjunto con la General Electric. Toda la operación de las esclusas se dirige desde una caseta de control construida en el muro central de la cámara superior de las esclusas. Desde aquí, con un panorama de las esclusas enteras libre de obstáculos y con un tablero de controles sagazmente diseñado, una sola persona puede manejar todas las operaciones que involucra el paso de un buque, excepto el movimiento de las locomotoras de remolque.

El tablero de controles es una representación en miniatura de las esclusas. Todo lo que ocurre en las esclusas ocurre también en el tablero de controles, exactamente al mismo tiempo. Los interruptores que mueven las compuertas de las esclusas y demás mecanismos del sistema están ubicados a un lado de la representación de ese mecanismo en el tablero de controles. Para elevar a un enorme buque en tránsito dentro de una cámara de las esclusas, el operador sólo tiene que girar una pequeña manivela de cromo.

Otra ingeniosa parte del sistema son las complejas rejillas formadas por barras entrelazadas instaladas debajo del tablero de controles, donde no se pueden ver, que interconectan los interruptores mecánicamente. Cada manivela debe ser girada en la secuencia adecuada o no girará. Esto elimina la posibilidad de hacer algo mal u olvidar un paso.

Sólo en un sistema que opere eléctricamente se podría controlar las esclusas desde un punto central. Un motor individual dentro del sistema puede ser ubicado desde el tablero de controles hasta a media milla de distancia. Este mismo sistema ha estado en uso virtualmente sin cambios durante más de ocho décadas y continúa trabajando perfectamente.

Esclusas de Miraflores

Las esclusas del Atlántico fueron terminadas primero; las de Pedro Miguel, con un solo escalón, segundo; y las de Miraflores en mayo de 1913. Toda la fuerza laboral tenía una moral altísima. El 20 de mayo de 1913, las palas a vapor No.222 y No.230, que lentamente habían estado acortando la distancia en el Corte Culebra, se encontraron “en el fondo del Canal”. A 40 pies sobre el nivel del mar, el Corte había llegado a su profundidad total en los días de la construcción. Las compuertas de seguridad en Gatún funcionaron sin falla alguna la segunda semana de junio de 1913, y el 27 de junio se cerró la última de las compuertas del vertedero de la Represa de Gatún, permitiendo al lago llenarse hasta su nivel máximo. La excavación seca terminó tres meses más tarde. En enero de 1913, cuando un deslizamiento de tierra en Cucaracha devolvió 2,000,000 de yardas cúbicas de tierra al Corte, se decidió inundar el Corte y dragar el desperdicio. La última pala a vapor levantó la última roca en el Corte la mañana del 10 de septiembre de 1913, que fue sacada del Corte en el último tren de desechos halado por la locomotora No.260.

El remolcador Gatún, asignado a la entrada del Canal en el Atlántico para remolcar barcazas, tuvo el honor, el 26 de septiembre de 1913, de realizar la primera prueba de un esclusaje por las Esclusas de Gatún. El esclusaje fue perfecto, aunque todas las válvulas fueron controladas manualmente ya que el tablero central de controles aún no estaba listo.

El 30 de septiembre, como para probar una vez más el sistema, hubo un terremoto que sobrepasó la capacidad de las agujas del sismógrafo en Ancón. Aunque hubo deslizamientos de tierra en el interior y paredes rajadas en algunos edificios en la ciudad de Panamá, Gorgas informó a Washington que: “No se ha sufrido ningún daño en ninguna sección del Canal”.

Seis grandes tuberías en el dique de tierra en Gamboa inundaron el Corte Culebra esa misma semana. Luego, el 10 de octubre de 1913, el Presidente Woodrow Wilson oprimió un botón en Washington y transmitió por telégrafo desde Washington a Nueva York, de aquí a Galveston y por último a Panamá, la señal que voló el centro del dique para completar la inundación del Corte y unirlo con el Lago Gatún.

Dragas, remolcadores, barcazas y grúas flotantes que habían estado operando en las aproximaciones del Canal al nivel del mar y en las dos bahías terminales, muchos de ellos dejados por los franceses, fueron traídos para limpiar el Corte. Las barcazas botaban los desechos en áreas designadas del Lago Gatún, de la misma forma en que hacía mucho tiempo Philippe Bunau-Varilla había dicho que debía hacerse. Se instalaron luminarias que permitieron trabajar en el Corte las 24 horas del día. La vieja draga francesa de escala Marmot, realizó el “primer corte” a través del deslizamiento de Cucaracha el 10 de diciembre de 1913, abriendo el cauce por primera vez.

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