Las esclusas del Canal de Panamá son un sistema de esclusas que eleva los barcos hasta 85 pies (26 metros) hasta la elevación principal del Canal de Panamá y los baja nuevamente. El canal original tenía un total de seis escalones ( tres hacia arriba y tres hacia abajo) para el paso de un barco. La longitud total de las estructuras de las esclusas, incluidos los muros de aproximación, es de más de 1,9 millas (3 km). Las esclusas fueron una de las mayores obras de ingeniería jamás realizadas cuando se inauguraron en 1914. No se llevó a cabo ninguna otra construcción de hormigón de tamaño comparable hasta la presa Hoover , en la década de 1930.
Existen dos carriles de tránsito independientes, ya que cada esclusa se construye doble. El tamaño de las esclusas originales limita el tamaño máximo de los barcos que pueden transitar por el canal; este tamaño se conoce como Panamax . La construcción del proyecto de ampliación del Canal de Panamá , que incluyó un tercer juego de esclusas, comenzó en septiembre de 2007, finalizó en mayo de 2016 [1] y comenzó a operar comercialmente el 26 de junio de 2016. Las nuevas esclusas permiten el tránsito de barcos más grandes, New Panamax , que tienen una mayor capacidad de carga que la que las esclusas anteriores eran capaces de manejar. [2]
En total, hay doce esclusas (seis pares). Un tramo de dos pasos en Miraflores y un par simple en Pedro Miguel elevan los barcos desde el Pacífico hasta el lago Gatún ; luego, un tramo triple en Gatún los baja hasta el lado Atlántico . Los tres juegos de esclusas están emparejados; es decir, hay dos tramos paralelos de esclusas en cada uno de los tres sitios de esclusas. Esto, en principio, permite que los barcos pasen en direcciones opuestas simultáneamente; sin embargo, los barcos grandes no pueden cruzar de manera segura a gran velocidad en el Corte Culebra , por lo que en la práctica los barcos pasan en una dirección por un tiempo, luego en la otra, utilizando ambos "carriles" de las esclusas en una dirección a la vez. En este patrón de uso, las esclusas emparejadas ofrecen redundancia durante el mantenimiento o en caso de problemas mecánicos. [3]
Las cámaras de las esclusas tienen 110 pies (33,53 m) de ancho por 1.050 pies (320 m) de largo, con una longitud útil de 1.000 pies (305 m). [4] Estas dimensiones determinan el tamaño máximo de los barcos que pueden utilizar el canal; este tamaño se conoce como Panamax. La elevación total (la cantidad en la que se sube o baja un barco) en los tres pasos de las esclusas de Gatún es de 85 pies (25,9 m); la elevación de las esclusas de Miraflores de dos pasos es de 54 pies (16 m). Las esclusas de Pedro Miguel de un solo paso tienen una elevación de 31 pies (9,4 m). La elevación en Miraflores en realidad varía debido a las mareas extremas en el lado del Pacífico, entre 43 pies (13 m) en marea alta extrema y 64,5 pies (20 m) en marea baja extrema; las diferencias de marea en el lado del Atlántico son muy pequeñas. [5] : 195ff
Las cámaras de las esclusas son estructuras de hormigón macizo. Los muros laterales tienen un espesor de entre 14 y 17 m en las bases; hacia la parte superior, donde se requiere menos resistencia, se van estrechando gradualmente hasta los 2,4 m. El muro central entre las cámaras tiene un espesor de 18 m y alberga tres galerías que recorren toda su longitud. La más baja de ellas es un túnel de drenaje; encima de este hay una galería para el cableado eléctrico; y hacia la parte superior hay un pasadizo que permite a los operadores acceder a la maquinaria de la esclusa. [6]
Cada cámara de esclusa requiere 26.700.000 galones estadounidenses (101.000 m3 ) de agua para llenarse desde la posición bajada hasta la elevada; se debe drenar la misma cantidad de agua de la cámara para bajarla de nuevo. [7] Incrustadas en las paredes laterales y centrales hay tres grandes alcantarillas de agua que se utilizan para llevar agua desde el lago hasta las cámaras para elevarlas, y desde cada cámara hasta la siguiente, o al mar, para bajarlas. Estas alcantarillas comienzan con un diámetro de 22 pies (6,71 m) y se reducen a 18 pies (5,49 m) de diámetro, lo suficientemente grande como para dar cabida a un tren. Las alcantarillas transversales se ramifican desde estas alcantarillas principales, pasando por debajo de las cámaras de la esclusa hasta las aberturas en los pisos. Hay catorce alcantarillas transversales en cada cámara, cada una con cinco aberturas; siete alcantarillas transversales de las alcantarillas principales de la pared lateral se alternan con siete de la alcantarilla de la pared central. [8]
El agua se mueve por gravedad y se controla mediante enormes válvulas en las alcantarillas. Cada alcantarilla transversal se controla de forma independiente. [8] Una cámara de esclusa se puede llenar en tan solo diez minutos. [9]
Las compuertas que separan las cámaras de cada tramo de esclusas deben retener un peso considerable de agua y deben ser lo suficientemente confiables y fuertes como para soportar accidentes, ya que la falla de una compuerta podría desatar una inundación de agua río abajo. Estas compuertas varían de 47 a 82 pies (14,33 a 24,99 m) de altura, según la posición, y tienen 7 pies (2,13 m) de espesor. Las compuertas más altas están en Miraflores , debido a la gran amplitud de mareas allí. Las hojas más pesadas pesan 662 t (730 toneladas cortas; 652 toneladas largas); las bisagras en sí pesan 16,7 t (36.817 lb). Cada compuerta tiene dos hojas, de 65 pies (19,81 m) de ancho, que se cierran en forma de "V" con la punta hacia arriba. Esta disposición tiene el efecto de que la fuerza del agua desde el lado más alto empuja los extremos de las compuertas firmemente. Las compuertas sólo se pueden abrir cuando, en el ciclo de funcionamiento, el nivel del agua en ambos lados sea igual. [8]
La maquinaria original de la puerta consistía en una enorme rueda motriz, accionada por un motor eléctrico, a la que se unía una biela, que a su vez se sujetaba al centro de la puerta. [8] Las puertas son huecas y flotantes, como el casco de un barco, y están tan bien equilibradas que dos motores de 19 kW (25 hp) son suficientes para mover cada hoja de la puerta. Si un motor falla, el otro puede seguir haciendo funcionar la puerta a velocidad reducida. [9]
Todas las cámaras, menos una, contienen un par de compuertas auxiliares, que se pueden utilizar para dividir la cámara en dos. Este diseño permite el tránsito de embarcaciones más pequeñas de menos de 600 pies (183 m) de largo, como remolcadores de canal, sin utilizar toda la cantidad de agua. [6] Las compuertas auxiliares se incorporaron originalmente porque la gran mayoría de todos los barcos de principios del siglo XX tenían menos de 600 pies (183 m) de largo y, por lo tanto, no necesitaban toda la longitud de la cámara de la esclusa. [10]
Desde el principio, se consideró una medida de seguridad importante que los barcos fueran guiados a través de las cámaras de las esclusas por locomotoras eléctricas, conocidas como mulas ( mulas , llamadas así por los animales tradicionalmente utilizados para cruzar el istmo de Panamá), que corrían sobre las paredes de las esclusas. Estas mulas se utilizan para el control de los movimientos laterales y el frenado en las esclusas, que son estrechas en comparación con las de los barcos modernos. El movimiento hacia adelante hacia y a través de las esclusas lo proporcionan en realidad los motores del barco y no las mulas. Un barco que se acerca a las esclusas primero se detiene en la pared guía, que es una extensión de la pared central de las esclusas, donde las mulas del muro lo controlan antes de continuar hacia la esclusa. A medida que avanza, se llevan líneas adicionales a las mulas del otro muro. En los barcos grandes, hay dos mulas a cada lado en la proa y dos a cada lado en la popa, ocho en total, lo que permite un control preciso del barco. [8] No se utilizan mulas en las nuevas esclusas de expansión. [11]
Las mulas corren sobre vías férreas de vía ancha de 1524 mm ( 5 pies ) en pares . La vía más cercana al canal se utiliza para remolcar y tiene vías de cremallera para el funcionamiento con engranajes . La vía del interior se utiliza para devolver las mulas a su punto de partida y no tiene cremalleras, excepto en las pendientes pronunciadas entre las cámaras de las esclusas. [10] : 23 La tracción es mediante energía eléctrica, [12] suministrada a través de un tercer riel colocado debajo del nivel de la superficie en el lado de tierra. [13] Cada mula tiene un cabrestante potente ; estos se utilizan para introducir cables o soltarlos para mantener el barco centrado en la esclusa mientras se lo mueve de una cámara a otra. [10] : 23
Una falla en las compuertas de las esclusas (por ejemplo, causada por un barco fuera de control que choca contra una de ellas) podría desatar una inundación en las tierras aguas abajo de las esclusas, ya que el lago que se encuentra sobre las esclusas ( lago Gatún o lago Miraflores ) drena a través del sistema de esclusas. Se proporciona una precaución adicional contra esto duplicando las compuertas en ambos extremos de la cámara superior en cada tramo de esclusas; por lo tanto, siempre hay al menos dos compuertas en cada tramo de esclusas que tendrían que fallar para permitir que el nivel más alto de agua pase río abajo. Las compuertas adicionales están a 70 pies (21 m) de distancia de las compuertas operativas. [8]
Originalmente, las esclusas también contaban con cadenas de protección que se extendían a lo largo de las cámaras de las esclusas para evitar que un barco se descontrolara y chocara contra una compuerta, y que se bajaban hasta el piso de la esclusa para permitir el paso del barco. Estas cadenas de protección contaban con mecanismos de frenado elaborados para permitir detener de forma segura un barco de hasta 10.000 toneladas. [8] Sin embargo, dado el control preciso de los barcos que posibilitaban las mulas, era muy poco probable que estas cadenas fueran necesarias alguna vez. Dado que muchos usuarios modernos del canal pesan más de 60.000 toneladas, y dado el costo de su mantenimiento, las cadenas de protección se redujeron en número en 1976 y finalmente se eliminaron en 1980. [6]
Además de esto, el diseño original de las esclusas tenía otra característica de seguridad: diques de emergencia que podían colocarse de forma oscilante a través de las esclusas en el extremo superior de cada tramo. Estos diques consistían en puentes colgantes desde los que se bajaban vigas hasta el piso de la esclusa; luego, por estas vigas se podían colocar obturadores de acero para bloquear el flujo de agua. [8] Nunca se utilizaron y fueron retirados en la década de 1950. [6]
A fines de la década de 1930, las presas originales fueron reemplazadas por presas nuevas, que se levantaron a partir de ranuras en el fondo de las cámaras de las esclusas, ya sea hidráulicamente o con aire comprimido. Las nuevas presas se retiraron a fines de la década de 1980 y, en la actualidad, no hay presas de emergencia en su lugar. [ cita requerida ]
Como todo el equipo de las esclusas funciona eléctricamente, el proceso de subir o bajar las esclusas de un barco se puede controlar desde una sala de control central, que se encuentra en la pared central del tramo superior de esclusas. Los controles se diseñaron desde el principio para minimizar la posibilidad de error del operador e incluyen un modelo completo de las esclusas, con componentes móviles que reflejan el estado de las compuertas y válvulas reales de la esclusa. De esta manera, el operador puede ver exactamente en qué estado se encuentran las esclusas y las válvulas de agua. Los enclavamientos mecánicos están integrados en los controles para asegurarse de que ningún componente se pueda mover mientras otro esté en un estado incorrecto, por ejemplo, para abrir el desagüe y llenar las válvulas de una cámara de esclusa simultáneamente. [8] [6]
La construcción de las esclusas comenzó con la primera colocación de concreto en Gatún, el 24 de agosto de 1909, por la empresa Day & Zimmermann (antes conocida como Dodge & Day), con sede en Filadelfia.
Las esclusas de Gatún están construidas en un corte hecho en una colina que bordea el lago, lo que requirió la excavación de 5.000.000 yardas cúbicas (3.800.000 metros cúbicos) de material, principalmente roca. Las esclusas en sí se construyeron con 2.046.100 yardas cúbicas (1.564.000 m 3 ) de hormigón.
La cantidad de material necesario para construir las esclusas requirió de medidas extensas para manejar la piedra y el cemento. La piedra se trajo desde Portobelo a las esclusas de Gatún, mientras que para los trabajos del lado del Pacífico se utilizó piedra extraída del cerro Ancón. [8]
Se construyeron enormes teleféricos para transportar hormigón a las instalaciones de Gatún. Se construyeron torres de 26 m de altura en las orillas del canal y se tendieron cables de acero de 6 cm entre ellas para atravesar las esclusas. Los cangilones que se deslizaban sobre estos cables transportaban hasta seis toneladas de hormigón a la vez hasta las esclusas. Se construyeron ferrocarriles eléctricos para llevar piedra, arena y cemento desde los muelles hasta las máquinas mezcladoras de hormigón, desde donde otro ferrocarril eléctrico transportaba dos cangilones de seis toneladas a la vez hasta los teleféricos. Las construcciones más pequeñas de Pedro Miguel y Miraflores utilizaron grúas y locomotoras de vapor de manera similar. [8]
Las esclusas del lado del Pacífico se terminaron primero: el tramo único en Pedro Miguel en 1911 y el de Miraflores en mayo de 1913. [6]
El remolcador marítimo Gatún , un remolcador de trabajo de la entrada del Atlántico utilizado para remolcar barcazas, realizó la primera prueba de esclusaje de las esclusas de Gatún el 26 de septiembre de 1913. La esclusa se realizó perfectamente, aunque todas las válvulas se controlaron manualmente ya que el tablero de control central aún no estaba listo. [6]
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