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 subterráneos de Londres , la catedral de Winchester y el ferrocarril aéreo de Liverpool, además de ser uno de los primeros defensores de los túneles del Canal de la Mancha, el Mar de Irlanda y el Canal de Bristol. Su invento es también la razón por la que el metro de Londres recibe el nombre coloquial de "Tube".
Greathead nació en Grahamstown , Sudáfrica ; [2] de ascendencia inglesa cuyo abuelo había emigrado a Sudáfrica en 1820. Fue educado en 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 realizar un alumno de tres años con el ingeniero civil Peter W. Barlow , de quien se familiarizó con el sistema de escudo rectangular de túneles. [2] Greathead pasó algún tiempo (alrededor de 1867) como ingeniero asistente en el Midland Railway 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 Tower Subway , [5] sólo el segundo túnel que se construirá bajo el río Támesis en el centro de Londres. Barlow era el ingeniero del túnel y Greathead estaba a cargo del recorrido real.
Greathead se convirtió en el contratista principal del metro Tower bajo Barlow. William Copperthwaite afirma que, si bien Barlow había patentado una idea de escudo para hacer túneles, Greathead no sólo diseñó un tipo diferente de escudo, sino que lo patentó y lo utilizó en ese contrato. [6] A Barlow se le había concedido una patente provisional sobre su segunda idea, pero Greathead no lo supo hasta varios años después (como se analiza en las actas de una reunión de la Institución de Ingenieros Civiles (ICE) publicadas en enero de 1896). [ cita necesaria ]
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 extensión del ferrocarril de Hammersmith y en la extensión de Richmond del District Railway , cargo que ocupó durante cuatro años. Después de esto, ayudó en la preparación del Regents Canal Railway (1880), el Metropolitan Outer Circle Railway (1881), una nueva línea Londres-Eastbourne (1883) y en varios trenes ligeros en Irlanda (1884). [ cita necesaria ]
También en 1884, Greathead reanudó su participación en la construcción de túneles, trabajando como ingeniero en el metro de Londres (Ciudad) y Southwark, más tarde el ferrocarril de la ciudad y el sur de Londres [2] (y ahora parte de la línea Norte ), que era, cuando se inauguró. En 1890 se construyó el primer ferrocarril eléctrico subterráneo del mundo. En 1888, se convirtió en ingeniero conjunto con Sir Douglas Fox en el Liverpool Overhead Railway [2] y también trabajó con WR Galbraith en Waterloo & City Railway . Su último trabajo fue en el Ferrocarril Central de Londres con Sir John Fowler y Sir Benjamin Baker . [8]
Esto posiblemente se derivó de la idea original patentada de 1818 de Marc Isambard Brunel [9] y Robert Vogel admitió erróneamente que se inspiró 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 hicieron que los diseños patentados de Greathead se distinguieran de la idea de patente provisional de Brunel, lo que permitió una solicitud de patente para el diseño de Greathead. [6]
El escudo de Brunel era rectangular y constaba de 12 marcos separados que se movían independientemente; la solución de Greathead era cilíndrica, y la "reducción de la multiplicidad de partes del escudo Brunel a una sola unidad rígida fue una ventaja inmensa y un avance quizás igual al concepto del escudo de hacer un túnel en sí", [10] aunque la cara todavía era para empezar, excavado mediante trabajo manual. El escudo patentado de Greathead para hacer túneles en tierra blanda utilizó chorros de agua a presión en la cara del túnel para ayudar a cortar tierra blanda como se describe en la patente. Se utilizó la presurización neumática del túnel para garantizar una mayor seguridad de los trabajadores al igualar la presión interna del túnel con su presión subterránea exterior estimada bajo el agua.
La 'segunda edición' de su escudo utilizó acción hidráulica en la cara junto con dientes cortantes para crear una lechada (esta lechada luego se endureció al secarse y condujo a su siguiente invento: la Greathead Grouting Machine). A Brunel se le puede atribuir 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 túneles, con avances y mejoras tecnológicas de otros ingenieros en el diseño general del escudo. En su libro, Tunnel Shields and the Use of Compressed Air in Subaqueous Works , Copperthwaite (quien trabajó con Greathead como su alumno) [11] dice:
Barlow fue seguramente el primero en patentar, en 1864, un escudo capaz de moverse en una sola pieza, y rodeado por un delgado 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 evidencia de que Greathead desconoció hasta 1895 la patente provisional de Barlow de 1868, a la que más se parecía su escudo; El escudo de Beach se parecía más a la patente de Barlow de 1864. Copperthwaite añade: "el reparto exacto del crédito de la invención entre estos dos será decidido por cada lector según considere que el inventor, el inventor de un nuevo mecanismo o el hombre que le aplica un uso práctico, es el más merecedor de 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 que la construcción de túneles de cualquier otro ingeniero con las patentes adicionales de 1738 (1874), 5665 (1884) y, en 1886, su patente no. 5221: rejuntado mediante aire comprimido. [12]
Copperthwaite aclara los orígenes del cambio en el pensamiento de un escudo de túnel rectangular a escudos de corte cilíndricos construidos por primera vez por Greathead. Las actas en la biblioteca de ICE sugieren que Barlow patentó silenciosamente sus ideas para un escudo cortante cilíndrico, pero nunca construyó uno. Greathead, sin conocer la patente inicial de Barlow y la patente provisional posterior, diseñó, patentó y construyó el primer escudo de túnel cilíndrico acreditado 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 impartida en 2017 por el profesor Lord Mair para el ICE, las ideas de escudos de los Brunel eran bien conocidas tanto en EE. UU. como en el Reino Unido. Como Barlow era alumno de Brunel, probablemente conocía bien el diseño del escudo de túnel rectangular.
Debe haber sido 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 de túneles únicos con unos pocos años de diferencia. Dado que el cemento Portland fue inventado en 1824 por Joseph Aspdin de Leeds, la industria de la construcción no lo apreció plenamente durante muchos años. Fue sólo gracias a las propiedades hidráulicas del cemento Portland y a su capacidad de fraguar en ambientes húmedos que estos primeros proyectos de túneles bajo el Támesis llegaron a buen término. [13] Beach nunca vino a Inglaterra para enterarse de la patente de Barlow y su posterior patente provisional, y Greathead no conoció la idea de la patente provisional de Barlow hasta 1895, cuando se discutió en la reunión de la Institución de Ingenieros Civiles a la que asistió Greathead poco después de la muerte de Barlow y poco después antes de su propia muerte. Los documentos se pueden obtener solicitándolos en su biblioteca en formato pdf para mayor aclaración. [14]
El escudo de Greathead consistía en un cilindro de hierro de 2,21 m (7 pies 3 pulgadas) de diámetro equipado con gatos de tornillo que permitían moverlo hacia adelante. En uso, el escudo se avanzaba poco a poco a medida que se excavaba la cara de trabajo, mientras que detrás de él se colocaba un revestimiento de túnel permanente de segmentos de hierro fundido, lo que en sí mismo era una innovación importante. [15] Greathead patentó muchas de sus ideas, incluido el uso de aire comprimido y la propulsión hacia adelante mediante gatos hidráulicos, los cuales ahora son características estándar en la construcción de túneles. Otra patente de Greathead fue la adición de la bandeja de lechada a la altura del techo que permitía aplicar lechada de cemento hidráulicamente detrás de los enormes escudos de hierro fundido para estabilizar la pared del túnel fuera de las secciones del escudo. Greathead patentó un tercer escudo de túneles que introdujo boquillas de presión hidráulica en la cara del túnel para eliminar la tierra blanda. La boquilla en sí también fue otra invención de patente 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 necesaria ]
El hidrante fue un invento para inyectar lechada detrás de las cavidades protectoras de los túneles de hierro fundido para fortalecer los revestimientos de las paredes del túnel durante la construcción con una posición permanente. [dieciséis]
Esto se menciona en relación con la reparación de las catedrales de Winchester y Lincoln. [17] "Su sistema de inyección mediante aire comprimido, que quizás más que cualquier otro invento ha demostrado ser indispensable en todos los trabajos recientes en túneles". [12]
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