James Henry Greathead (6 de agosto de 1844 - 21 de octubre de 1896) [1] fue un ingeniero civil y mecánico inglés, conocido por su trabajo en los ferrocarriles del metro de Londres , la catedral de Winchester y el ferrocarril elevado de Liverpool, además de ser uno de los primeros promotores de los túneles del Canal de la Mancha, el Mar de Irlanda y el Canal de Bristol. Su invención es también la razón por la que el metro de Londres se conoce coloquialmente como "Tube".
Greathead nació en Grahamstown , Sudáfrica ; [2] de ascendencia inglesa cuyo abuelo había emigrado a Sudáfrica en 1820. Fue educado en el St. Andrew's College, Grahamstown , [3] y en la escuela privada Diocesan College en Ciudad del Cabo . Después de emigrar a Inglaterra en 1859, [2] completó su educación de 1859 a 1863 en la Westbourne Collegiate School, Westbourne Grove . [4]
Regresó brevemente a Sudáfrica antes de mudarse finalmente a Londres en 1864 para cumplir una pasantía de tres años con el ingeniero civil Peter W. Barlow , de quien se familiarizó con el sistema de escudo rectangular de tunelaje. [2] Greathead pasó algún tiempo (alrededor de 1867) como ingeniero asistente en el ferrocarril Midland entre Bedford y Londres (trabajando con el hermano de Barlow, William Henry Barlow ).
Poco después, en 1869, se reunió con Barlow y comenzaron a trabajar en los diseños del metro de la Torre , [5] el segundo túnel que se construiría bajo el río Támesis en el centro de Londres. Barlow fue el ingeniero del túnel y Greathead estuvo a cargo de la construcción propiamente dicha.
Greathead se convirtió en el contratista principal del metro de la Torre bajo la dirección de Barlow. William Copperthwaite afirma que, si bien Barlow había patentado una idea de escudo para túneles, Greathead no solo diseñó un tipo diferente de escudo, sino que lo patentó y lo utilizó en ese contrato. [6] Barlow había obtenido una patente provisional sobre su segunda idea, pero Greathead no se enteró de ello hasta varios años después (como se comenta en las actas de una reunión de la Institución de Ingenieros Civiles (ICE) publicadas en enero de 1896). [ cita requerida ]
Greathead fue el ingeniero consultor del túnel Blackwall y supervisó su diseño y construcción. [7]
En 1873, Greathead se convirtió en ingeniero residente en la ampliación del ferrocarril de Hammersmith y en la ampliación del ferrocarril de distrito de Richmond , puesto que ocupó durante cuatro años. Después de esto, colaboró en la preparación del ferrocarril del canal de Regents (1880), el ferrocarril del círculo exterior metropolitano (1881), una nueva línea Londres-Eastbourne (1883) y en varios ferrocarriles ligeros en Irlanda (1884). [ cita requerida ]
También en 1884, Greathead reanudó su participación en la construcción de túneles, siendo contratado como ingeniero en el metro de Londres (City) y Southwark, más tarde el Ferrocarril de la Ciudad y el Sur de Londres [2] (y ahora parte de la línea Norte ), que fue, cuando se inauguró en 1890, el primer ferrocarril eléctrico subterráneo del mundo. En 1888, se convirtió en ingeniero adjunto con Sir Douglas Fox en el Ferrocarril Superior de Liverpool [2] y también trabajó con WR Galbraith en el Ferrocarril de la Ciudad y Waterloo . Su trabajo final fue en el Ferrocarril Central de Londres con Sir John Fowler y Sir Benjamin Baker . [8]
Esto posiblemente derivó de la idea original patentada de Marc Isambard Brunel en 1818 [9] y Robert Vogel erróneamente aceptó que se había inspirado en la patente de Barlow de 1864 que condujo a la patente provisional de Barlow de 1868. [10] Sin embargo, hubo diferencias de diseño considerables que hacen que los diseños patentados de Greathead se distingan de la idea de la patente provisional de Brunel, lo que permite una solicitud de patente para el diseño de Greathead. [6]
El escudo de Brunel era rectangular y comprendía 12 marcos separados, móviles independientemente; la solución de Greathead era cilíndrica, y la "reducción de la multiplicidad de partes en el escudo de Brunel a una sola unidad rígida fue una ventaja inmensa y un avance tal vez igual al concepto de escudo de la tunelización en sí", [10] aunque para empezar, el frente todavía se excavaba con trabajo manual. El escudo patentado de Greathead para la excavación de túneles en tierra blanda utilizaba chorros de agua a presión en el frente del túnel para ayudar a cortar a través de la tierra blanda como se describe en la patente. La presurización neumática del túnel se utilizó para garantizar una mejor seguridad para los trabajadores al igualar la presión interna del túnel con su presión subterránea exterior estimada debajo del agua.
La "segunda edición" de su escudo utilizaba la acción hidráulica en el frente junto con dientes cortantes para crear lodo (este lodo luego se endurecía al secarse y condujo a su siguiente invención: la máquina de lechado Greathead). Se puede atribuir a Brunel la idea de utilizar un escudo, pero Greathead fue reconocido primero como el ingeniero africano que construyó uno de su propio diseño y concedió una patente del escudo cilíndrico de una sola pieza. Greathead diseñó el prototipo de escudo circular que desde entonces se ha utilizado en la mayoría de los proyectos de tunelización, con el avance y la mejora tecnológica de otros ingenieros en el diseño general del escudo. En su libro, Escudos de túneles y el uso de aire comprimido en obras subacuáticas , Copperthwaite (que trabajó con Greathead como su alumno) [11] dice:
Barlow fue sin duda el primero en patentar, en 1864, un escudo capaz de moverse en una sola pieza, y rodeado por un fino cilindro de hierro... para construir, en anillos sucesivos, un túnel de hierro fundido... esto fue en 1864 y en 1868 patentó provisionalmente un escudo... ninguno de estos diseños tomó forma práctica y, en 1869 Greathead en Inglaterra y Beach en Nueva York construyeron y utilizaron escudos que tenían muchas características en común con las patentes de Barlow pero que diferían entre sí en detalles. [12]
Copperthwaite también sostiene (p. 20) que los tres hombres, Barlow, Greathead y Beach, diseñaron sus escudos para túneles de forma independiente. Hay pruebas de que Greathead desconocía hasta 1895 la patente provisional de Barlow de 1868, a la que su escudo se parecía más; el escudo de Beach se parecía más a la patente de Barlow de 1864. Copperthwaite añade: "la distribución exacta del mérito de la invención entre estos dos será decidida por cada lector según considere que el inventor, el inventor de un nuevo mecanismo o el hombre que lo aplica en la práctica, es el más merecedor del crédito". [12] Mientras que Barlow patentó su idea en 1864, en 1869 tanto Greathead en Inglaterra como Beach en Nueva York construyeron prácticamente simultáneamente sus propios escudos que eran similares pero independientes entre sí. Los logros de Greathead fueron más allá de los de cualquier otro ingeniero de túneles con las patentes adicionales de 1738 (1874), 5665 (1884) y, en 1886, su patente n.° 5221: inyección por medio de aire comprimido. [12]
Copperthwaite aclara los orígenes del cambio de mentalidad, desde un escudo de túnel rectangular a escudos de corte cilíndricos como los que construyó Greathead por primera vez. Las actas de la biblioteca del ICE sugieren que Barlow patentó discretamente sus ideas para un escudo de corte cilíndrico, pero nunca construyó uno. Greathead, que desconocía la patente inicial de Barlow y la patente provisional que le siguió, diseñó, patentó y construyó el primer escudo de túnel cilíndrico de la historia. Simultáneamente, Alfred Ely Beach construyó un escudo de túnel cilíndrico en Nueva York y diseñó un escudo que se parecía mucho a la idea patentada de Barlow casi al mismo tiempo que Greathead. Según una videoconferencia de 2017 impartida por el profesor Lord Mair para el ICE, las ideas de escudo de los Brunel eran bien conocidas tanto en Estados Unidos como en el Reino Unido. Dado que Barlow era alumno de Brunel, es probable que estuviera muy familiarizado con el diseño del escudo de túnel rectangular.
Debió ser obvio que un diseño cilíndrico era mucho más adecuado y estable, lo que llevó a tres hombres famosos a diseñar de forma independiente sus propios escudos para túneles con unos pocos años de diferencia. Dado que el cemento Portland había sido inventado en 1824 por Joseph Aspdin de Leeds, la industria de la construcción no lo apreció plenamente durante muchos años. Fue solo gracias a las propiedades hidráulicas del cemento Portland y su capacidad para fraguar en entornos húmedos que estas primeras incursiones en túneles bajo el Támesis llegaron a buen puerto. [13] Beach nunca llegó a Inglaterra para enterarse de la patente de Barlow y de la posterior patente provisional, y Greathead no supo de la idea de la patente provisional de Barlow hasta 1895, cuando se debatió en la reunión de la Institución de Ingenieros Civiles a la que asistió Greathead poco después de la muerte de Barlow y poco antes de su propia muerte. Los documentos se pueden obtener mediante solicitud a su biblioteca en formato pdf para mayor aclaración. [14]
El escudo de Greathead consistía en un cilindro de hierro de 2,21 m de diámetro equipado con gatos de tornillo que permitían su elevación hacia delante. En uso, el escudo se avanzaba lentamente a medida que se excavaba el frente de trabajo, mientras que detrás de él se colocaba un revestimiento permanente del túnel de segmentos de hierro fundido, en sí mismo una innovación importante. [15] Greathead patentó muchas de sus ideas, incluido el uso de aire comprimido y propulsión hacia adelante mediante gatos hidráulicos, que ahora son características estándar de la construcción de túneles. Otra patente de Greathead fue la adición de la bandeja de lechado a la altura del techo que permitía aplicar lechada de cemento hidráulicamente detrás de los grandes escudos de hierro fundido para estabilizar la pared del túnel fuera de las secciones del escudo. Greathead patentó un tercer escudo de tunelaje que introdujo boquillas de presión hidráulica en el frente del túnel para eliminar la tierra blanda. La boquilla en sí también fue otra invención patentada de Greathead. En algún momento, Greathead descubrió que se podía rociar hormigón sobre superficies de tierra para estabilizarlas y se convirtió en el padre del hormigón proyectado y el cemento en aerosol utilizados tan ampliamente en la construcción. [ cita requerida ]
El hidrante fue una invención para inyectar lechada detrás de las cavidades de los escudos de hierro fundido para reforzar los revestimientos de las paredes del túnel durante la construcción con una posición permanente. [16]
Esto se menciona en relación con la reparación de las catedrales de Winchester y Lincoln. [17] "Su sistema de inyección por medio de aire comprimido, que quizás más que cualquier otro invento ha demostrado ser indispensable en todos los trabajos de túneles recientes". [12]
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