Historia y Arqueología Marítima

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El cielo es el límite: grúas y dispositivos de elevación accionados a fuerza humana

 

Por © Kris De Decker (editado por Vincent Grosjean) kris@lowtechmagazine.com - Traduccion y composicion Carlos Mey

De las civilizaciones más tempranas hasta el comienzo de la Revolución industrial, los seres humanos utilizaron energía muscular, habilidades organizativas y mecánicas ingeniosas para levantar pesos que serían imposibles de levantar por la mayoría de las grúas en funcionamiento hoy.

 

La grúa más potente de la historia multiplicó la fuerza de su operador 632 veces

La mas comun de las gruas usadas hoy en la construccion tienen una capacidad de elevación de unas 12 a 20 toneladas. Para unos cuantos proyectos de construcción en la historia antigua, este tipo de grúa sería totalmente inadecuada.

La mayoría de las piedras que componen los casi 140 pirámides egipcias descubiertas  tienen un peso de “solamente” 2 a 3 toneladas cada una, pero todas estas estructuras (construidas entre 2750 y 1500 A.C.) también tienen bloques de piedra que pesan 50 toneladas, a veces más. El templo de Amon-Ra en Karnak contiene un laberinto de 134 columnas, de una altura de 23 metros de alto y vigas transversales que pesan 60 a 70 toneladas cada una. Los 18 bloques capitales de la columna de Trajano en Roma pesan más de 53 toneladas y  fueron levantadas a una altura de 34 metros. El templo romano de Júpiter en Baalbek contiene bloques de piedra que pesan mas de 100 toneladas, levantadas a una altura de 19 metros. Hoy, para levantar un peso de 50 a 100 toneladas a estas alturas, usted necesita una grúa como la de abajo.

De vez en cuando, nuestros antepasados levantaron incluso piedras más pesadas. La lápida mortuaria de Theoderic el grande en Ravena (alrededor de 520 AD) es un bloque de piedra de 275 toneladas que fue levantado a una altura de 10 metros. El templo dedicado al Faraon Khafre en Egipto se compone de bloques monolíticos que pesan hasta 425 toneladas. El obelisco egipcio más grande pesó más de 500 toneladas y se erige a más de 30 metros de alto, mientras que el obelisco más grande del reino de Axum en Etiopía (del siglo IV AD), levantado hasta una altura similar, pesa 520 toneladas. Los colosos de Memnon, dos estatuas de 700 toneladas por cada uno, fueron erigidos a una altura de 18 metros y las paredes en el complejo romano del templo de Baalbek (1r siglo A.C.) contienen casi 30 monolitos que pesan 300 a 750 toneladas por cada uno.

Solamente las grúas contemporáneas de mas gran alcance podrían manejar piedras de este peso (véase la imagen de abajo).

La elevacion de materiales de construcción a alturas impresionantes no parecía ser ningun problema tampoco. El faro de Alexandría (siglo III A.C.) esta colocado a más de 76 metros de alto. Las pirámides egipcias se levantan hasta 147 metros. Durante las Edades Medias unas 80 catedrales grandes y alrededor de 500 iglesias grandes fueron construidas con una altura de hasta 160 metros - fuera del alcance para todos menos las gruas de gran alcance de abajo.

Energía de elevación humana

En vista del tipo de grúas que serían necesitadas hoy, uno se pregunta cómo nuestros antepasados podían levantar tales pesos impresionantes sin la ayuda de la maquinaria sofisticada. El hecho es, ellos tenian maquinarias avanzadas a su disposición. La única diferencia con las grúas contemporáneas es que estas máquinas fueron accionadas por los seres humanos en vez de con combustibles fósiles.

Básicamente, no hay límite al peso que los seres humanos pueden levantar por pura energia muscular. Ni hay un límite a la altura a la cual este peso puede ser levantado. La única ventaja que las grúas accionadas por combustibles fósiles nos han traído, es una velocidad de elevación más alta. Por supuesto, esto no significa que un hombre puede levantar cualquier cosa a cualquier altura, o que podemos levantar cualquier cosa a cualquier altura si traemos a bastante gente junta. Pero, comenzando hace más de 5.000 años, los ingenieros diseñaron una colección de máquinas que realzaron grandemente la energía de elevación de un individuo o de un grupo de personas. Los dispositivos de elevación fueron utilizados principalmente para proyectos de construcción, pero (más adelante) también para el cargamento y la descarga de mercancías, para alzar las velas en las naves, y para los propósitos de explotación minera.

La ventaja que las grúas accionadas por combustible fósil nos han traído, es una velocidad de elevación más alta

Inicialmente, la velocidad de elevación de máquinas de elevación era extremadamente baja, mientras que la cantidad de mano de obra requerida para funcionarlas seguía siendo muy alta. Hacia el final del siglo XIX, sin embargo, momentos antes que la energía de vapor asumió el control, los dispositivos de elevación accionados humanos llegaron a ser tan elaborados que un hombre podría levantar un carro de 15 toneladas rapidamente, usando solamente una mano.

Ventaja mecánica

Cualquier dispositivo de elevación tiene cierta ventaja mecánica (mA), el factor por el cual multiplica la fuerza de entrada en una fuerza de la salida. Una fuerza más baja de entrada debe siempre ser aplicada sobre una mayor distancia que los mayores recorridos de la fuerza de salida, y el cociente de las distancias es el cociente de la velocidad (VR). En teoría, la ventaja mecánica (mA) = cociente de velocidad (VR), de modo que en una máquina con una ventaja mecánica de 2 a 1, la fuerza de la entrada es la mitad de la fuerza de salida pero se debe ejercer sobre dos veces la distancia. En la práctica, la fricción reduce siempre la ventaja mecánica ideal de una máquina.

Rampas y palancas

Aunque algunos piensen que los egipcios tenían maquinaria de elevación mas sofisticadas a su disposición, la mayoría de los historiadores convienen que los egipcios hicieron uso solamente de dispositivos de elevación más simples: planos inclinados (rampas, ilustraciones debajo, a la derecha) y palancas (el principio de un balancín o sube y baja, ilustración abajo ). Las rampas (probablemente) también fueron utilizadas para levantar los obeliscos.

Al mover un objeto por una rampa que no sea totalmente vertical, la fuerza requerida se reduce a expensas de aumentar la distancia que debe recorrer. La ventaja mecánica de un plano inclinado iguala la longitud dividida por la altura de la cuesta. La ventaja mecánica de una palanca es la distancia entre el fulcrum y el punto donde está aplicada la fuerza, dividido por la distancia entre el fulcrum y el peso a levantar.

Mientras que los métodos de los egipcios ofrecieron una considerable ventaja mecánica sobre simplemente el levantamiento de la carga verticalmente por medio de una cuerda, la mano de obra requerida seguía siendo muy alta: no sólo para remolcar o girarlateralmente las piedras (debe haber tomado a alrededor 50 hombres para remolcar un bloque de la piedra de 2.5 toneladas), pero también construir y quitar más adelante las enormes rampas de tierra

           

Los historiadores estiman que la mano de obra para construir una pirámide consistió en 20.000 a 50.000 hombres, a veces más. Mientras que una estructura como esa se podría construir hoy en algunos años con grandes grúas y una pequeña mano de obra, la mayoría de las pirámides tardaron décadas para terminarse.

Nacimiento de la grúa: la polea

Las primeras grúas aparecen en Grecia alrededor de fines del VI o temprano el siglo V A.C. Los romanos, con mas ganas de construir monumentos grandes, adoptaron la tecnología y la desarrollaron más. Las grúas más tempranas consistieron en una cuerda pasada sobre una polea. Antes de que encontrara un uso en la elevación de objetos, la polea fue utilizada a partir del siglo VIII o IX A.C. hacia adelante sacar agua de los pozos (el Shaduf). Una sola polea no ofrece ninguna ventaja mecánica en sí mismo, sino que cambia la dirección del tirón: es más fácil tirar hacia abajo en vez de hacia arriba. El empujar verticalmente hacia arriba con una mano genera cerca de 150 Newton, mientras que empuja verticalmente hacia abajo con una mano genera cerca de 250 Newton. 

Gradualmente, la ventaja mecánica de las grúas fue aumentada con tecnología adicional. Una mejora importante a partir del siglo IV ACy aun usada hoy en día, es la polea compuesta: una combinación de poleas en un bloque. La ventaja mecánica iguala la cantidad de poleas usadas.

Una grúa con una polea triple (un “Tripastos”) tiene dos poleas atadas a la grúa y a una polea libre suspendidas de ellas. Ofrece una ventaja mecánica de 3 a 1. Una grúa con cinco poleas en un arreglo similar (llamado un “Pentaspostos”) ofrece una ventaja mecánica de 5 a 1.

Usando una polea compuesta un hombre puede levantar más de lo que él puede de otra manera. Si un solo hombre que tira de una cuerda puede ejercer una fuerza de 50 kilogramos, el mismo puede levantar (o bajar) 150 kilogramos usando un Trispastos y 250 kilogramos usando un Pentaspostos. Lo mismo va para la cuerda. Una cuerda con una fuerza extensible de 50 kilogramos se puede utilizar para levantar (o bajar) 150 kilogramos si se utilizan 3 poleas, y 250 kilogramos si se utilizan 5 poleas.

 

Una grúa con cinco poleas permite que usted levante cinco veces más de lo que podria deotra manera - pero la cuerda tiene que ser tirada durante cinco veces la distancia

La desventaja de la polea compuesta es, otra vez, distancia y velocidad de elevación. Levantando una carga 3 metros usando un Trispastos requerirá tirar 9 metros de cuerda, levantar una carga 3 metros usando un Pentaspastos requerirán tirar de la cuerda por 15 metros.

En teoría, cualquier número de poleas puede ser utilizado, pero debido a la fricción los sistemas antiguos fueron limitados a cinco poleas. Si se requeria mas esfuerzo de traccion o elevacion, en vez de aumentar el número de poleas dentro de cada bloque, los romanos utilizaban juegos de 3 o 5 poleas, con diferentes cuadrillas operando cada uno (un “Polyspastos”). Por supuesto, cada cuerda podía también ser tirada por varios hombres a la vez. La perdida de ptencia debido a la friccion para gruas romanas y medievales se estima en un 20% como mucho.

 Tornos y cabrestantes

Otra mejora fué la introducción del chigre (o malacate) y del cabrestante, que ambas substituyen la tracción de la cuerda. Fueron inventados alrededor del mismo tiempo que la polea compuesta. La única diferencia entre el torno y el cabrestante es que el anterior tiene un árbol horizontal y este último tiene vertical.

Ambos utilizan espeques o palancas insertados en ranuras en un tambor para conseguir una ventaja mecánica en la rotación circular, dada por el radio del espeque al radio del tambor o el eje. La ventaja mecánica de un torno es el radio del eje al radio de las palancas insertadas. Por lo tanto, un eje de 5 centímetros (2 pulgadas) con las palancas de 30 centímetros (1 pie) tiene una ventaja mecánica de 6 a 1. Un hombre que opera el torno puede levantar así 6 veces más que lo que podria tirando de una cuerda. Sin embargo, para enrollar 1 metro de cuerda que las palancas necesitarían girar 6 metros.

Combinado con la polea compuesta, los tornos o los cabrestantes ofrecen una perfomance impresionante. Un hombre que opera un Pentaspostos y que ejerza una fuerza de 25 o 50 kilogramos en el torno descrito arriba puede levantar una carga de 750 a 1500 kilogramos (25 o 50 kilogramos x 6 x 5 = 750 o 1500 kilogramos), mientras que los egipcios necesitaron de 30 a 60 hombres para acarrear hacia arriba un bloque de piedra de 1500 kilogramos sobre una rampa.

Igual que las cuerdas, los tornos y cabrestantes pueden ser operados  por muchas personas (tornos por dos personas, cabrestantes por mucho más). Los cabrestantes se pueden también hacer funcionar por animales de tiro. Cuatro hombres que funcionan un cabrestante con una ventaja mecánica similar como el torno descrito arriba, cada uno que ejerce de 25 a 50 kilogramos una energía, pueden levantar - ignorando la fricción - 3 a 6 toneladas (100 o 200 kilogramos x 6 x 5 = 3000 o 6000 kilogramos). Sin embargo, en ambos ejemplos, por cada metro de elevacion de la carga, tendrán que tirar unos de 30 metros de cuerda.

Treadwheels (rueda con traccion humana)

Una ayuda de elevación aún más potente que el torno o el cabrestante era el treadwheel. Fué primero fue mencionado en el 230 A.C. y seguía siendo un elemento muy importante de grúas hasta la segunda mitad del siglo XIX. Los treadwheels, que tenía generalmente un diámetro de 4 a 5 metros, tienen una mayor ventaja mecánica que los tornos o los cabrestantes, debido a que el radio de la rueda es mas grande comparada al radio del eje. Por otra parte, la energía generada por el brazo y el hombro de una persona es substituida por la mayor energía de una persona que camina (sin correr) dentro de la rueda. Un treadwheel con un radio de rueda de 7 pies (213 cm) y un radio del tambor de 0.5 pies (15 cm) tiene una ventaja mecánica de 14 a uno. Esto se refiere a un treadwheel con un diámetro de 456 centímetros: 2 x 213 cms radio del eje + 2 x 15 cms radio del tambor (diámetro = 2 x radio).

Con una ventaja mecánica de 14 a uno, un hombre en un treadwheel operando un Pentaspastos y ejerciendo una fuerza de 50 kilogramos podría levantar así una carga de 3500 kilogramos o de 3.5 toneladas. Ésa es cerca de 70 veces más que lo que podría levantar con una polea simple.

Algunas grúas (especialmente las grúas de puerto de la Edad Media hacia adelante) fueron equipadas con dos treadwheels atados al mismo eje, llevando la energía de elevación total de una grúa accionada humana a unos 7.000 kilogramos o a 7 toneladas. Debido a que muchos treadwheels eran lo bastante anchos para dos personas que caminaban de lado a lado, una grúa con dos treadwheels se podría accionar por 4 personas, que lleva la energía de elevación máxima a 14 toneladas - comparable a una grúa moderna común. Incluso considerando una pérdida del 20 por ciento debido a la fricción, ésta sigue siendo 11.2 toneladas.

Un treadwheel grande da una ventaja mecánica de 14 a 1

Por supuesto, una ventaja mecánica de 14 a 1 también significa que los hombres tuvieron que caminar 140 metros dentro de la rueda para levantar una carga a una altura de 10 metros. Si caminan 5 kilómetros por hora, la carga sería levantada a una velocidad de 0.35 kilómetros por hora o de casi 6 metros por minuto (la velocidad de la rueda dividido por la velocidad de la carga = radio de la rueda dividida por el radio del tambor).

Torres de elevación

Mientras que la capacidad de elevación de una grúa antigua de treadwheel es impresionante, los lectores atentos habrán notado que los edificios romanos contuvieron bloques de piedra que eran considerablemente más pesados que éso. Los romanos también embarcaron algunas docenas de obeliscos de Egipto y los re-erigieron en sus ciudades - el más pesado de éstos pesaba más de 500 toneladas. ¿Cómo manejaron esto con las grúas de 6 o 12 toneladas? Básicamente, de la misma manera que manejamos cargas muy pesadas, combinando múltiples los dispositivos de elevación .

Un método era construir una torre de elevación gigantesca accionada por múltiples los cabrestantes en la tierra. Aunque la ventaja mecánica de un cabrestante es considerablemente más baja que la de un treadwheel, podían ser accionados por mucho más gente y por lo que serían necesarias menos máquinas. Por otra parte, usaron la potencia auxiliar de animales de tiro. El método de levantar torres es mencionado brevemente por algunos autores romanos, pero la información detallada sobre ella viene de un ingeniero que vivió 1000 años más adelante: Domenic Fontana, constructor principal del Vaticano.

En 1586, el Papa Sixtus V decidió que el obelisco de 344 toneladas en el circo Maximus debía moverse a la cuadra delante de la basílica de San Pedro recién construída. Apenas 256 metros más lejos, pero sin embargo la piedra enorme tuvo que ser bajado, ser transportado, y ser erigido otra vez.

Fontana documentó la empresa extensivamente en su libro  de 1589 “El traslado del obelisco del Vaticano”. Para entonces, los materiales, los dispositivos y los métodos de elevación habían cambiado muy poco desde las épocas romanas, así que podemos asumir que los romanos levantaron la misma piedra de una manera similar. 

                               

El obelisco fue levantado usando una torre de elevación de madera 27.3 metros de alto, las cuerdas hasta 220 metros de largo, 40 cabrestantes, 800 hombres y 140 caballos

El trabajo fue hecho usando una construcción de madera de 27.3 metros de alto, cuerdas de hasta 220 metros de largo, 40 cabrestantes, 800 hombres y 140 caballos (al bajar el obelisco la mano de obra consistió en 907 hombres y 75 caballos). Mientras que la empresa entera tomó más de un año - incluyendo el transporte del obelisco (en rodillos) y del montaje de la torre, de los cabrestantes y de la otra maquinaria de elevación - la piedra fue erigida en apenas 13 horas y 52 minutos. Como resultado de esta exitosa operación, muchos más obeliscos fueron movidos alrededor de Roma, una de éstos pesaba 510 toneladas.

The spectators watching the event were ordered not to speak or make any noise under the penalty of death, and police were used to enforce the orders. Silence was crucial in maintaining communication between those monitoring the ropes and pulleys at the top of the tower and those on the ground operating the capstans. The signal to bein turning was given by a trumpet; the signal to stop was given by a bell. (source).

Les ordenaron a los espectadores que miraban el acontecimiento no hablar y no hacer ningun ruido bajo pena de muerte, y utilizaron a la policía para hacer cumplir las órdenes. El silencio era crucial en la comunicación que se mantenía entre los que supervisaban las cuerdas y las poleas al tope de la torre y los que operaban los cabrestantes en tierra. La señal para comenzar a girar fué  dada por una trompeta; la señal de parar fue dada por una campana.

La reinvención de las grúas en la Edad Media

Después de la declinación del imperio romano occidental, el uso en Europa de grúas elaboradas desapareció mayormente por más de 800 años.  Gruas funcionando con tornos se registran otra vez a partir de finales del siglo XII hacia adelante, las grúas grandes de treadwheel reaparecen solamente  en los siglos XIII (Francia) y XIV (Inglaterra) - un poco mas tarde que los mlinos de viento y los molinos de agua..

Comparado a las épocas romanas, muy poca informacion técnica fue registrada durante la Edad Media. La mayor parte de nuestro conocimiento histórico viene de pinturas y de ilustraciones en manuscritos. Abajo, un fragmento “de la torre de Babel” por Pieter Brueghel el viejo. (1563).

Afortunadamente, se han preservado algunas grúas de treadwheel, todos en los áticos de iglesias y las catedrales. Las grúas grandes eran una necesidad absoluta en la cponstrucción de las iglesias góticas a fdinales de la Edad Media. estos edificios eran mucho mas altos que incluso los monumentos romanos más altos. Además, la zona de trabajo en estos sitios era algo limitada comparada a las condiciones romanas, y ambos factores llevaron a un uso diferente de las grúas.

Iglesias y catedrales góticas

Lo más probable es que las grúas hayan sido instaladas dentro del edificio, inicialmente en la tierra, y movidas hacia arriba (y también lateralmente) a medida que avanzaba la construccion, siendo desmontadas y movidas múltiples veces. Cuando la iglesia estaba completada, algunas de estas grúas fueron dejadas sobre la bóveda y debajo de la azotea donde podian ser utiles en reparaciones.

Una de estas grúas de treadwheel, en la catedral de Canterbury de Gran Bretaña, fue utilizado para un proyecto de renovación en los años 70 (imagen de abajo). Provenía del fin del siglo XV, podia acomodar dos obreros y tiene un diámetro de 4.6 metros. Los ilustradores medievales representaron a veces las grúas montadas en el exterior de las paredes, pero esto fue hecha probablemente porque hacía mejores pinturas - las paredes de iglesias y catedrales góticas eran generalmente demasiado finas para apoyar una grúa pesada y su carga.

Otro dispositivo de elevación medieval bien descripto es la gran grúa que estaba en lo alto de la catedral de Colonia en Alemania,  de 157 metros y que estuvo alli por casi 450 años (abajo). Fue erigido en 1400 y desmontada solamente en 1842. La grúa contenía dos treadwheels, tenía 15.7 metros de alto un brazo de 15.4 metros de largo que podía atravesar completa la zona de trabajo - básicamente funcionando como una grúa torre moderna.

Grúas de puerto

Una novedad en la Edad Media fué la grúa estacionaria de puerto, accionada por treadwheels. No fue utilizada por los Griegos o los romanos, posiblemente porque tenían una gran cantidad de esclavos en reserva a su disposicion. El contenedor estándar romano, el amphora, era algo pequeño y se podía cargar y descargar fácil y rápidamente usando una banda transportadora humana y una rampa.

Las gruas de puerto aparecieron primero en Flandes, Holanda (imagen abajo) y Alemania en el siglo XIII, y en Inglaterra en el siglo XIV. Eran más potentes que las grúas usadas en la construcción, y equipadasno de uno sino de dos treadwheels que tenían un diámetro mayor de hasta 6.5 metros.

Estos “motores más potentes” no eran tanto destinadas a cargas más pesadas sino a velocidades mayores de elevacion. En la carga y descarga de mercancías, la velocidad era más importante que en la construcción, en donde el tempo fue dictado por el lento progreso de los albañiles y los carpinteros.

Construido por los molineros

Las gruas de puerto fueron adoptadas en el sur de Europa y el numero de ellas en el total de Europa medieval fue limitado comparado con la cantidad de molinos de viento. Cerca de un centenar de gruas portuarias grandes han sido descubiertas, cerca de una docena de ellas aun existen.

Las grúas de puerto con treadwheel de los muelles fueron cubiertas con frecuencia con un techo de madera para proteger a los trabajadores contra la lluvia. Estas estructuras permanentes tenían mucho en común con los molinoes de viento, y fueron construidas probablemente por los mismos artesanos.

de igual forma que los molinos de viento, habia gruas de eje y de torre. Las primeras eran estructuras de madera que giraban en un eje vertical central, los últimos (construidos sobre todo en Alemania) eran torres de ladrillo en los que solo rotaban el casco y el brazo.

Las grúas más de gran alcance del puerto tenían dos treadwheels, en cada uno caminaban 3 a 4 hombres

Las grúas portuarias de mayor potencia fueron construidas en los docklands de Londres en la década de 1850, con dos treadwheels de hasta 3 metros de ancho cada uno, caminados por 3 a 4 hombres. Éstos no deben ser confundidos con los treadwheels incluso más anchos usados en las prisiones del siglo XIX, donde los hombres caminaron en el exterior de la rueda. El puerto medieval de arriba se ven las gruas medievales de Bruges /Brujas. La grúa en el cuadro grande es un modelo nuevo, construido en 1765 y demolido en 1886. El pequeño cuadro de abajo muestra una grúa similar de los 1500..

Grúas más flexibles

 Las grúas de hoy pueden dar vuelta a su eje 360 grados y mover la carga horizontalmente a lo largo del brazo. Inicialmente, la mayoría de las grúas usadas en construcción medieval eran solamente capaces de una elevación vertical. La carga se podía manipular solamente lateralmente por el operador de la grúa en tierra, usando una pequeña cuerda atada a la carga. Las grúas portuarias introdujeron la grúa de giro, cuyo la primera evidencia aparece en el siglo XIV. 

El giro se convirtió en una característica común de las grúas de construcción en los 1600s (ilustración abajo), que acortaron los ciclos del trabajo considerablemente.

La primera grúa que permitió un movimiento horizontal de la carga apareció en un libro de Georgius Agricola en 1550, pero una versión real fue lanzada recién en 1666 por el francés Claude Perrault. Una carretilla se movía a lo largo del brazo por medio de un sistema complicado de sogas en el cual dos sogas se enrollaban y desenrollaban a traves de un eje atado a la carretilla. 

No olvidemos que las grúas griegas y romanas eran capaces de un muy limitado movimiento horizontal bajando o levantando los mástiles un poco. Por otra parte, los Griegos ya habian diseñado una clase de grúa giratoria, que era un dispositivo de elevación según lo descrito anteriormente pero descansando solo sobre un mástil, dirigido y mantenido en balance por hombres extra sosteniendo sogas.

Los mecanismos de seguridad (para prevenir caídas en picado de cargas y la repentina rotación reversa del treadwheel o del cabrestante) fueron introducidos solamente a fines del siglo XVIII..

Grúas de hierro

En el siglo XIX, aparecieron innovaciones importantes . La primera fué el uso del hierro en vez de las estructuras y de los engranajes de madera, que hicieron a las grúas más fuertes y más eficientes. La primera grúa fundida en hierro fue construida en 1834. Ese mismo año se invento el cable de alambre, una alternativa mucho mas fuerte que la cuerda de fibra natural o la cadena de metal. Finalmente en 1851, la tercera innovación que cambio todo fue la grua accionada por vapor. Con la llegada de la energía de vapor, cualquier carga se podría levantar a cualquier velocidad, mientras el motor fuera bastante potente.

La cuerda de alambre pronto estuvo en uso generalizado, pero las otras dos innovaciones alcanzaron popularidad mas lentamente. La madera, combinada a veces con el hierro, continuó siendo el material de eleccion para muchas gruas hasta bien entrado el siglo XX, especialmente en regiones donde la madera era abundante. Y mientras que mas y mas gruas a vapor aparecieron por la mitad del siglo XIX, las grúas manuales seguian siendo vendidas y utilizadas en grandes cantidades. Un libro sobre tecnología de la grúa, publicada en 1904, aún dedicaba la mitad de sus páginas a las grúas manuales. Las grúas de bicicleta tambien se vendían. (abajo).

Lógicamente, esta era también produjo las grúas más de mayor poder nunca diseñadas, a base de fuerza muscular: estaban integradas por estructuras y juegos de engranajes, usando cables de acero, pero todavía movidas por vapor.

Un ejemplo peculiar de esta tecnología se muestra abajo: Una grua de 1843 para transferir carruajes. Igualmente interesante, aunque hecha enteramente de madera, son estas gruas de Holanda de principuios de 1900, usadas para poner botes en tierra.

Pero el mejor ejemplo, son las gruas de puerto de William Fairbain, patentadas en 1850.  Fairbairn remacho juntas dos placas del hierro, creando un brazo arqueado que era mucho más estable y práctico que los brazos de madera o de hierro rectas anteriores. Las grúas de vapor de Fairbairn fueron muy conocidas y algunas de ellas se han preservado.

La Grua manual mas potente de la historia

Lo que casi no se sabe, es que por un corto tiempo estas gruas fueron vendidas como maquinas manuales. Debido a que Fairbairn describió estas grúas detalladamente en la edición 1860 de su libro “información útil para los ingenieros”, es que sabemos exactamente cuanto - impresionante - era la ventaja mecánica de sus engranajes.

Las grúas portuarias - al principio manuales- de Fairbairn fueron pensadas para levantar pesos de hasta 12 toneladas a una altura de 30 pies (9 metros) sobre la tierra, y para mover esta carga sobre un círculo de  65 pies (20 metros) de diámetro (ilustración abajo).

Mas tarde, se construyó una grúa de 60 toneladas para los nuevos muelles en Keyham, que podian levantar cargas cinco veces más pesadas hasta alturas de 60 pies (18 metros) y sobre un círculo de 104 pies (32 metros) de diámetro.

Es esta “grúa colosal”, probablemente la grúa movida manualmente mas potente jamas construída, que es descrita detalladamente por Fairbairn:

“La cadena pasa alrededor de 4 poleas, dos movibles y dos fijos, en el extremo del brazo.  Es luego conducida abajo dentro del brazo sobre tres rodillos hasta el barril, que está también en el tubo cerca de tierra. En cada lado de la grúa un fuerte marco de hierro se fija para recibir los ejes de las ruedas y de los piñones.”

“Cuatro hombres, cada uno trabajando un torno de 18 pulgadas de radio, actuados por dos piñones de 6 pulgadas sobre una rueda de 5 pies 3.75 pulgadas de diámetro, éste a su vez la rueda  de 6 pies 8 pulgadas de diámetro, por medio de un piñón de 8 pulgadas, y en el aje del anterior esta fijado el barril de la cadena, de  2 pies de diámetro.”

“Por lo tanto la ventaja conseguida por el engranaje estará W/P = 18 x 63.75 x 80/6 x 8 X12 = 158 o tomando el numero de dientes en cada rueda W/P = 18 x 95 x 100/12 x 9 x 10 = 158 y como este resultado es cuadruplicado por las poleas fijas y movibles, la energía de los hombres aplicados a las manijas es multiplicada 632 veces por el engranaje y los bloques. Dos hombres son suficientes para mover la grúa con 60 toneladas suspendidas desde el punto extremo del brazo.”

Una ventaja mecánica de 632 a 1 significa que cada uno de los cuatro hombres tuvo que aplicar una fuerza de solamente 23.7 kilogramos para levantar un peso de 60 toneladas - y de ésta mientras se operaba un malacate en vez de un treadwheel más eficiente.

La grúa de mayor potencia del mundo (a septiembre de 2009) tenia una capacidad entonces de elevación de 20.000 toneladas. Si fuera equipada de un sistema de engranaje que ofrezca la misma ventaja mecánica que el de la grúa arriba descrita de Fairbairn, un peso de 20.000 toneladas se podría levantar por 1.265 hombres cada 25 kilogramos de ejercicio de energía. Esto es comparable a la mano de obra que fue requerida para levantar el obelisco de 340 toneladas en el siglo XVI. Y por supuesto, no hay duda que podríamos mejorar mucho los engranajes del siglo XIX y hacer la ventaja mecánica incluso más alta.

Podríamos levantar cualquier cosa sin combustibles fósiles. Sin embargo, aparte de su uso por algunos arquitectos ecológicos incondicionales, las grúas accionadas por humanos han desaparecido totalmente, incluso para las más ligeras de las cargas. Preferimos levantar cosas con maquinaria que gastaenergia, pero corremos (no caminamos) en una cinta de correr en el gimnasio para mantenernos en forma.

© Kris De Decker (corregido por Vincent Grosjean)

Fuentes (en orden de importancia)

 

 

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