Rueda de Falkirk

Los dos canales servidos por la rueda estaban conectados previamente por una serie de 11 esclusas . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Con una diferencia de altura de 35 metros (115 pies) , requería 3500 toneladas (3400 toneladas largas; 3900 toneladas cortas) de agua por recorrido y tardaba casi un día en pasar por el tramo. ^{[ 3 ]} 

En la década de 1930, estas esclusas cayeron en desuso y fueron desmanteladas en 1933. ^{[ 1 ] [ 2 ]} El canal Forth y Clyde cerró a finales de 1962, ^{[ 4 ]} y a mediados de la década de 1970 el canal Union fue rellenado en ambos extremos, se volvió intransitable mediante alcantarillas en dos lugares y se canalizó por tuberías bajo una urbanización. ^{[ 5 ]} La Junta Británica de Vías Navegables (BWB) se creó el 1 de enero de 1963, el día en que se cerró el canal Forth y Clyde, con el objetivo de encontrar una estrategia general para el futuro de los canales en el Reino Unido. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

En 1976, la BWB decidió, tras una reunión con los consejos locales, que el Canal Forth y Clyde, fragmentado por diversos proyectos urbanísticos, debía conservar su navegabilidad restante mediante la construcción de nuevos puentes con altura suficiente para embarcaciones y el mantenimiento continuo de las esclusas existentes. ^{[ 6 ]} La restauración de la navegación de mar a mar se consideró demasiado costosa en aquel momento, pero no se impondrían más restricciones a su uso. ^{[ 6 ]} Un informe de un estudio de 1979 documentó 69 obstáculos a la navegación y solicitó la opinión de veinte partes interesadas para presentar el Plan Local (Temático) del Forth y Clyde en 1980. ^{[ 6 ]}

La Ley de Loterías de 1993 dio lugar a la creación de la Comisión del Milenio para distribuir los fondos recaudados mediante la venta de billetes de lotería para determinadas "buenas causas". ^{[ 7 ]} En 1996, cuando se habían acumulado fondos suficientes, la Comisión invitó a presentar solicitudes para "hacer lo que consideraran conveniente... para apoyar causas valiosas que conmemoraran el año 2000 y el comienzo del nuevo milenio". ^{[ 7 ]} Las condiciones eran que la Comisión financiaría como máximo la mitad del proyecto, y el resto sería cubierto por los patrocinadores del proyecto. ^{[ 7 ]}

La BWB había elaborado un plan previo para la reapertura del enlace del canal, que abarcaba exhaustivamente el trabajo necesario. ^{[ 7 ]} En 1994, la BWB anunció su plan para solicitar financiación, que se presentó en 1995 en nombre de Millennium Link Partnership. ^{[ 8 ]} Los planes contemplaban la apertura de los canales a sus dimensiones operativas originales, con 3 metros (9,8 pies) de altura libre sobre el agua. El proyecto completo tenía un presupuesto de 78 millones de libras esterlinas. ^{[ 9 ]} 

El 14 de febrero de 1997, la Comisión anunció que apoyaría el Link con 32 millones de libras esterlinas de financiación, el 42 % del coste del proyecto. ^{[ 10 ]} La noria y su dársena asociada tenían un precio de 17 millones de libras esterlinas, más de una quinta parte del presupuesto total. ^{[ 11 ]} Se tuvieron que recaudar otros 46 millones de libras esterlinas en los dos años siguientes antes de que pudiera comenzar la construcción, con contribuciones de BWB, siete ayuntamientos locales, Scottish Enterprise y donaciones privadas, a las que se sumaron 8,6 millones de libras esterlinas del Fondo Europeo de Desarrollo Regional . ^{[ 12 ]}

El equipo de la empresa conjunta Morrison–Bachy Soletanche presentó su diseño original, que se asemejaba a una noria con cuatro góndolas, en 1999. Todas las partes coincidieron en que el diseño era funcional, pero no la pieza central que buscaba la BWB. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Tras solicitarle que lo reconsiderara, British Waterways reunió a un equipo de 20 arquitectos e ingenieros. Bajo el liderazgo de Tony Kettle, de la firma de arquitectos RMJM , se crearon los conceptos e imágenes iniciales con los conceptos mecánicos propuestos por el equipo de diseño de Butterley y MG Bennetts. Este fue un período de trabajo intenso, y el concepto de diseño final se completó en un período de tres semanas durante el verano de 1999. ^{[ 15 ] [ 13 ] [ 16 ]} El diseño final fue un esfuerzo cooperativo entre la British Waterways Board, las consultoras de ingeniería Arup , Butterley Engineering y RMJM. ^{[ 12 ]}

Los diagramas de los sistemas de engranajes que se habían propuesto en los primeros conceptos fueron modelados por Kettle utilizando los Lego de su hija de ocho años . Se mostraron dibujos e ilustraciones a clientes y financiadores. ^{[ 15 ] [ 17 ]} El centro de visitantes fue diseñado por otro arquitecto de RMJM, Paul Stallan . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Entre las inspiraciones para el diseño se incluyen un hacha celta de doble filo (un hacha barbuda ), la hélice de un barco y la caja torácica de una ballena. ^{[ 20 ]} Kettle describió la Rueda como "una cosa hermosa, orgánica y fluida, como la columna vertebral de un pez", ^{[ 17 ]} y la Real Comisión de Bellas Artes de Escocia la describió como "una forma de escultura contemporánea". ^{[ 12 ]}

Maquetas y representaciones de la Rueda de Falkirk se exhibieron en una exposición en 2012 en el Museo Victoria y Alberto de Londres. ^{[ 21 ]} Desde 2007, la Rueda de Falkirk aparece en el anverso de la nueva serie de billetes de 50 libras esterlinas emitidos por el Banco de Escocia . Esta serie de billetes conmemora los logros de la ingeniería escocesa con ilustraciones de puentes en Escocia, como el Viaducto de Glenfinnan y el Puente de Forth . ^{[ 22 ]}

En marzo de 1999, Donald Dewar , Secretario de Estado para Escocia , cortó la primera piedra para comenzar las obras en la esclusa 31 del canal Forth y Clyde. ^{[ 12 ]} Más de 1000 personas fueron empleadas en la construcción de la rueda, ^{[ 23 ]} que fue diseñada para durar al menos 120 años. ^{[ 20 ] [ 24 ]}

La rueda fue construida y ensamblada completamente en la planta de Butterley Engineering en Ripley, Derbyshire . La estructura fue luego desmantelada en el verano de 2001 y transportada en 35 camiones a Falkirk, antes de ser reensamblada en cinco secciones en el suelo y elevada a su lugar. ^{[ 25 ]} La construcción del canal requirió 250 000 m ³ (8 800 000 pies cúbicos ) de excavación, un túnel de canal de 160 m (520 pies) de 8 m (26 pies) de diámetro , acueductos de 20 m (66 pies) y 120 m (390 pies) , tres juegos de esclusas y varios puentes, así como 600 m (2000 pies) de caminos de acceso. ^{[ 3 ]} El túnel de Rough Castle, de 180 m (590 pies), se excavó en tres etapas: los dos cuartos superiores se perforaron con una excavadora estándar antes de excavar la mitad inferior con una fresadora de carreteras modificada en capas de 100 mm (4 pulgadas) . Esta técnica fue un 15 % más económica y redujo el tiempo de construcción del túnel en dos semanas. ^{[ 15 ]}                 

El terreno sobre el que se construyó la rueda se utilizó anteriormente como mina a cielo abierto de arcilla refractaria , mina de carbón y fábrica de alquitrán , lo que provocó la contaminación del canal con alquitrán y mercurio . ^{[ 15 ] [ 26 ]} Veinte metros (66 pies) de relleno suelto procedente de las operaciones mineras que contenía grandes bloques de arenisca no se consideraron una base suficientemente sólida para el tamaño de la estructura, por lo que se utilizaron cimientos profundos con treinta pilotes de hormigón de 22 m (72 pies) empotrados en la roca madre . ^{[ 15 ]}   

Debido a la variación de la carga a medida que la rueda gira en direcciones alternas, algunas secciones experimentan inversiones totales de tensión . Para evitar la fatiga que podría provocar grietas, las secciones se atornillaron en lugar de soldarse, utilizando más de 14 000 pernos y 45 000 orificios para pernos. ^{[ 15 ] [ 20 ] [ 23 ]}

El acueducto, diseñado por Arup , fue descrito originalmente como "imposible de construir", pero finalmente se realizó utilizando barras de refuerzo de 40 mm (1,6 pulgadas) . ^{[ 3 ] [ 27 ]} Los planos originales también mostraban el canal construido directamente a través del Muro Antonino , pero esto se cambió después de una petición a favor de dos esclusas y un túnel bajo el muro. ^{[ 14 ]}  

El 24 de mayo de 2002, la reina Isabel  II inauguró la Rueda de Falkirk como parte de las celebraciones de su Jubileo de Oro . La inauguración se retrasó un mes debido a las inundaciones causadas por vándalos que forzaron las puertas de la rueda. ^{[ 28 ]} Los daños, cuya reparación costó 350 000 libras esterlinas, provocaron la inundación del pozo seco, dañando los equipos eléctricos e hidráulicos. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

La rueda tiene un diámetro total de 35 m (115 pies) y consta de dos brazos opuestos que se extienden 15 m (49 pies) más allá del eje central y adoptan la forma de un hacha de doble filo de inspiración celta . ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} Dos conjuntos de estos brazos en forma de hacha están conectados a un eje central de 3,8 m (12 pies) de diámetro y 28 m (92 pies) de longitud . ^{[ 33 ]} Dos cajones llenos de agua diametralmente opuestos , cada uno con una capacidad de 250 000 litros (55 000 galones imperiales ; 66 000 galones estadounidenses ) , están instalados entre los extremos de los brazos. ^{[ 23 ]}            

Los cajones, o góndolas, siempre llevan un peso combinado de 500 toneladas (490 toneladas largas; 550 toneladas cortas) de agua y botes, con cada góndola pesando 50 toneladas (49 toneladas largas; 55 toneladas cortas) . ^{[ 15 ]} Se tiene cuidado de mantener los niveles de agua en cada lado, equilibrando así el peso en cada brazo. Según el principio de Arquímedes , los objetos flotantes desplazan su propio peso en el agua, por lo que cuando el bote entra, la cantidad de agua que sale del cajón pesa exactamente lo mismo que el bote. ^{[ 23 ] [ 32 ]} El sistema de control informático de todo el sitio mantiene los niveles de agua en cada lado dentro de una diferencia de 37 mm (1,5 in) con sensores de nivel de agua, compuertas automatizadas y bombas. ^{[ 15 ] [ 13 ]} Se necesitan 22,5 kilovatios (30,2 hp) para alimentar diez motores hidráulicos , que consumen 1,5 kilovatios-hora (5100 BTU) por media vuelta, aproximadamente lo mismo que hervir ocho teteras de agua. ^{[ 15 ]}    

Cada uno de los dos cajones tiene 6,5 metros (21 pies) de ancho y 21,3 metros (70 pies) de largo. Cada uno puede albergar hasta cuatro barcazas de canal de 20 metros (66 pies) de largo . ^{[ 27 ]} La rueda eleva o desciende las barcazas un total de 24 metros (79 pies) , y dos esclusas posteriores elevan o descienden las barcazas otros 11 metros (36 pies) . ^{[ 34 ] [ 35 ]}     

Las puertas estancas en cada extremo coinciden con las puertas ubicadas en la estructura superior y el foso del muelle inferior. Debido a limitaciones de espacio, ya que una puerta batiente normal reduciría drásticamente la longitud útil del cajón, se optó por puertas batientes de elevación vertical. ^{[ 36 ]} Las puertas se elevan desde un hueco en la base del cajón y se accionan mediante una lanza hidráulica cuando está acoplado. ^{[ 36 ]}

Una vez que los brazos de la rueda se colocan en posición vertical, se activan los mecanismos de bloqueo. Estos incluyen pasadores de seguridad que sobresalen en las bases de los cajones y abrazaderas hidráulicas que se elevan para mantener los cajones en su lugar. Además, un conjunto de pasadores de seguridad más grandes en la estructura inferior se utiliza para sujetar la rueda. Aunque la puerta del cajón superior y la puerta que contiene el agua en el acueducto superior están alineadas, existe un espacio entre ellas. La puerta del acueducto superior tiene un marco estanco en forma de U que se puede extender para presionar contra la puerta del cajón y sellar el espacio. Se bombea agua al espacio hasta que alcance el nivel del agua. Una vez que el agua en el espacio se iguala, se baja la puerta del lado del acueducto, seguida de la puerta del lado del cajón, permitiendo el paso de la embarcación. En sentido inverso, cuando la embarcación está en el cajón, se eleva la puerta del cajón, seguida de la puerta del acueducto superior. Se bombea el agua fuera del espacio. Luego, el sello hermético en forma de U se retrae hacia la puerta superior del acueducto. Finalmente, se retiran los mecanismos de bloqueo antes de girar la rueda. Este proceso es similar para la puerta de la dársena inferior del canal. ^{[ 37 ]}

• Puertas, mecanismos de cierre y juntas
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  Puerta superior del acueducto con junta en forma de U y sistema de bombeo.
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  Los mecanismos de bloqueo incluyen un pasador de seguridad en la parte superior y una abrazadera hidráulica en la parte inferior.
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  Receptores de pasador y abrazadera de fijación en un cajón (1 y 2), y un receptor de pasador de fijación de rueda (3)
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  De izquierda a derecha: puerta del cajón (detrás del riel) alineada con la puerta del lavabo pero con un hueco, sello en forma de U extendido, agua llena y puertas bajadas.
• Las puertas se están bajando en la dársena inferior del canal.

El área que alberga la maquinaria para accionar la rueda se encuentra en el último pilar del acueducto y contiene siete cámaras conectadas por escaleras. ^{[ 38 ]} El acceso se realiza mediante una puerta ubicada a nivel del suelo o una entrada a media altura de la torre, con una grúa pórtico para facilitar la instalación del equipo. ^{[ 38 ]}

La planta baja alberga los transformadores para alimentar la rueda. Cuando la rueda fue inundada por vándalos en abril de 2002, esta sala se llenó hasta 8 cm (3 pulgadas) de las barras colectoras de 11 kV . ^{[ 38 ]} En el primer piso hay un generador de reserva y un cuadro de distribución en caso de que falle el suministro eléctrico principal a la rueda. ^{[ 38 ]} El segundo piso alberga un par de bombas hidráulicas que accionan los motores hidráulicos en la cámara superior. ^{[ 38 ]} La energía se suministra directamente al eje con 10 motores hidráulicos, que también funcionan como frenos. A cada motor está conectado un sistema de engranajes 100:1 para reducir la velocidad de rotación. ^{[ 38 ]}   

Los cajones deben girar con la rueda para mantenerse nivelados. Si bien el peso de los cajones sobre los cojinetes suele ser suficiente para hacerlos girar, un mecanismo de engranajes que utiliza tres engranajes grandes del mismo tamaño conectados por dos más pequeños garantiza que giren a la velocidad precisa y se mantengan correctamente equilibrados. ^{[ 39 ]}

Cada extremo de cada cajón está apoyado sobre pequeñas ruedas, que se deslizan sobre rieles en la cara interior de los orificios de 8 m (26 pies) de diámetro en los extremos de los brazos. ^{[ 39 ]} La rotación está controlada por un tren de engranajes: un patrón alterno de tres engranajes anulares de 8 m (26 pies) de diámetro y dos engranajes intermedios más pequeños, todos con dientes externos, como se muestra en la imagen. ^{[ 39 ]} El engranaje central grande está montado holgadamente sobre el eje en su extremo de la sala de máquinas y fijado en su lugar para evitar que gire. ^{[ 38 ] [ 39 ]} Los dos engranajes más pequeños están fijados a cada uno de los brazos de la rueda en su extremo de la sala de máquinas. Cuando los motores hacen girar el eje central, los brazos oscilan y los engranajes pequeños engranan con el engranaje central, lo que hace que los engranajes más pequeños giren a una velocidad mayor que la rueda pero en la misma dirección. Los engranajes más pequeños engranan con los grandes engranajes anulares en el extremo de los cajones, impulsándolos a la misma velocidad que la rueda pero en la dirección opuesta. Esto cancela la rotación debida a los brazos y mantiene los cajones estables y perfectamente nivelados. ^{[ 39 ]}    

El foso de atraque es un puerto similar a un dique seco, aislado de la dársena inferior del canal por compuertas estancas y mantenido seco por bombas de agua. ^{[ 20 ]} Cuando la rueda se detiene con sus brazos en posición vertical, es posible que las embarcaciones entren y salgan del cajón inferior con las compuertas abiertas sin inundar el foso de atraque. El espacio debajo del cajón está vacío. ^{[ 20 ] [ 27 ]}

Sin el foso de atraque, los cajones y los extremos de los brazos de la rueda quedarían sumergidos en el agua de la dársena inferior del canal cada vez que la rueda girara. ^{[ 20 ]} La flotabilidad del cajón inferior dificultaría el giro de la rueda. ^{[ 20 ]}

Un centro de visitantes se encuentra en el lado este de la cuenca inferior. ^{[ 12 ]} Los paseos en barco en la noria salen aproximadamente una vez por hora. ^{[ 40 ]} Desde que se inauguró la noria, alrededor de 5,5 millones de personas la han visitado ^{[ 41 ]} y 1,3 millones han realizado un paseo en barco, con alrededor de 400 000 personas que visitan la noria anualmente. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

Vista panorámica de la rueda y el acueducto.

• Crawford, Robert (2013). Sobre Glasgow y Edimburgo . Harvard University Press. ISBN 9780674070592.
• InCom (2009). Innovaciones en el diseño de sistemas de bloqueo de navegación . PIANC. ISBN 9782872231751.
• Paterson, Len (2013). De mar a mar: Historia de los canales de las tierras bajas y altas de Escocia . Neil Wilson Publishing. ISBN 9781906000349.
• Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (2001). Historia y patrimonio de la ingeniería internacional: Mejorando puentes para el 150.º aniversario de la ASCE  : Actas del tercer Congreso Nacional sobre Historia y Patrimonio de la Ingeniería Civil . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . ISBN 9780784405949.