El puente Tay ( gaélico escocés : Drochaid-rèile na Tatha ) transporta tráfico ferroviario a través del Firth of Tay en Escocia entre Dundee y el suburbio de Wormit en Fife . Su envergadura es de 2,75 millas (4,43 kilómetros). Es el segundo puente que ocupa el sitio.
Los planes para un puente sobre el Tay para reemplazar el servicio de ferry de tren surgieron en 1854, pero el primer puente Tay no se abrió hasta 1878. Era un diseño de celosía liviano de costo relativamente bajo con una sola vía . El 28 de diciembre de 1879, el puente se derrumbó repentinamente debido a fuertes vientos mientras un tren lo cruzaba, matando a todos los que estaban a bordo. El incidente es uno de los peores desastres de ingeniería relacionados con puentes de la historia. Una investigación determinó que el puente no estaba suficientemente diseñado para hacer frente a fuertes vientos.
Fue sustituido por un segundo puente construido en hierro y acero, de doble vía , paralelo a los restos del primer puente. Las obras comenzaron el 6 de julio de 1883 y el puente se inauguró en 1887. El nuevo puente fue objeto de pruebas exhaustivas por parte de la Junta de Comercio , que dieron como resultado un informe favorable. En 2003, el puente fue reforzado y renovado, ganando un Premio de Ingeniería de la Industria de la Construcción Británica para resaltar la escala y dificultad del proyecto.
Las propuestas para construir un puente a través del Tay datan de 1854, pero no fue hasta el 15 de julio de 1870 que la Ley del Puente Tay del Ferrocarril del Norte de Gran Bretaña recibió la aprobación real . El 22 de julio de 1871 se colocó la primera piedra del puente. [ cita necesaria ]
El puente fue diseñado por el ingeniero Thomas Bouch , quien recibió el título de caballero tras su finalización. [1] El puente tenía un diseño de celosía que combinaba hierro fundido y forjado . El diseño había sido utilizado por Thomas W. Kennard en el Viaducto de Crumlin en Gales del Sur en 1858, después del uso de hierro fundido en el Palacio de Cristal . El Crystal Palace no estaba tan cargado como un puente de ferrocarril. Un diseño anterior de hierro fundido, el puente Dee, se derrumbó en 1847, después de haber fracasado debido al mal uso de las vigas de hierro fundido. Gustave Eiffel utilizó un diseño similar para crear varios grandes viaductos en el Macizo Central en 1867.
El diseño original consistía en vigas de celosía sostenidas por pilares de ladrillo que descansaban sobre el lecho de roca, y que, según las perforaciones de prueba, no se encontraban a gran profundidad bajo el río. En cada extremo del puente, la vía única discurría sobre la viga del puente, la mayor parte de la cual yacía debajo de la parte superior de los pilares. En la sección central del puente (las vigas altas), el ferrocarril discurría dentro de la viga del puente, que estaba por encima de la parte superior de los pilares para dejar espacio para el paso de los veleros. Para dar cabida a la expansión térmica , había conexiones no rígidas entre vigas y pilares. [ cita necesaria ]
A medida que el puente se adentraba en el río, en diciembre de 1873, quedó claro que el lecho de roca era mucho más profundo, demasiado profundo para actuar como base para los pilares del puente. [2] Bouch rediseñó el puente para reducir el número de pilares y aumentar la luz de las vigas. Los cimientos del muelle ya no descansaban sobre un lecho de roca; en cambio, se construyeron hundiendo cajones de hierro forjado revestidos de ladrillos en el lecho del río, quitando arena hasta que descansaron sobre la capa de grava consolidada que había sido erróneamente reportada como roca, y luego llenando los cajones con concreto. [3]
Para reducir el peso que tendría que soportar el suelo debajo de los cajones, los pilares de ladrillo fueron reemplazados por pilares de esqueleto de hierro de celosía abierta. Cada muelle tenía múltiples columnas de hierro fundido que soportaban el peso de las vigas puente, con tirantes horizontales de hierro forjado y tirantes diagonales que unían las columnas para dar rigidez y estabilidad. El concepto básico era bien conocido, ya que Kennard lo utilizó en el viaducto de Crumlin en el sur de Gales en 1858. [4] Bouch había utilizado la técnica para viaductos, incluido el viaducto de Belah (1860) en la línea South Durham & Lancashire Union Railway sobre Stainmore , pero para el puente Tay, incluso con los cajones más grandes posibles, las dimensiones del muelle estaban limitadas por su tamaño. El diseño del muelle de Bouch estableció seis columnas en un hexágono maximizando el ancho del muelle pero no el número de tirantes diagonales que resisten directamente las fuerzas laterales. [ cita necesaria ]
Los detalles de ingeniería del puente Tay eran considerablemente más sencillos, ligeros y económicos que los de los viaductos anteriores. La base mecanizada de cada sección de columna se acopló de forma segura en una sección ampliada mecanizada de la parte superior de la sección de abajo. [10] Luego, la unión se aseguró mediante pernos a través de orificios coincidentes en las orejetas (Crumlin [4] ) o bridas (Belah) en las dos secciones. Esta configuración de 'grifo y grifo' se utilizó, aparentemente sin mecanizado, en algunas columnas del pilar del Puente Tay, pero en algunas se confió en los pernos para garantizar la alineación correcta. En este caso, las uniones se realizaron utilizando pernos de menor tamaño que el que pasaría por el agujero. Esto facilitó el montaje de la columna, ya que no sería necesario alinear exactamente los orificios de los pernos antes de insertar el perno. Sin embargo, esto permitió que los dos miembros así unidos se movieran entre sí bajo carga, debilitando la columna.
En el puente Tay, el refuerzo diagonal se realizó mediante barras planas que iban desde la parte superior de una sección de columna en diagonal hasta la parte inferior de la sección de columna adyacente. La conexión superior era a una orejeta que era parte integral de la fundición de la columna. [11] La conexión inferior era a dos placas de eslinga atornilladas a la base de la sección equivalente en una columna adyacente. La barra y las placas de la eslinga tenían ranuras longitudinales a juego. La barra de unión se colocó entre las placas de la eslinga con las tres ranuras alineadas y superpuestas. Se introdujo una chaveta a través de las tres ranuras y se aseguró. Luego se colocaron dos chavetas, cuñas de metal, para llenar el resto de la superposición de la ranura, y se introdujeron con fuerza para poner la atadura bajo tensión. El arriostramiento horizontal se realizó mediante canales de hierro forjado. [12] Las distintas cabezas de los pernos estaban demasiado cerca unas de otras y de la columna para apretarlas fácilmente con llaves; Esto, junto con la falta de precisión en la preparación de los soportes de hierro del canal, llevó a varios expedientes de montaje en el sitio (uno de ellos descrito por un testigo de la investigación como "el trabajo más descuidado que jamás haya visto en mi vida"). [13]
En los viaductos de Crumlin y Belah , sin embargo, el refuerzo horizontal se proporcionó mediante importantes vigas de hierro fundido fijadas de forma segura a las columnas, y luego los tirantes diagonales se unieron a las vigas. [14] El presidente del Tribunal de Investigación citó extensamente un libro contemporáneo [15] elogiando la ingeniería detallada de los pilares del viaducto de Belah y describiendo el viaducto como uno de los más ligeros y baratos de su tipo que jamás se haya construido.
... Es una característica distintiva de este viaducto que las vigas transversales o distanciadoras [16] de las pilas rodean las columnas, que en ese punto están vueltas hacia arriba, perforando las vigas para encajar la parte torneada con gran precisión. No se utilizó cemento de ningún tipo en toda la estructura, y los pilares, una vez terminados, y los refuerzos verticales y horizontales de hierro forjado asegurados, son casi tan rígidos como si fueran una sola pieza sólida...
.... Todo el montaje se realizó mediante máquinas, que fueron diseñadas especialmente para este propósito, y terminaron el trabajo con precisión matemática. Las alas de la columna estaban todas orientadas hacia arriba y sus bordes girados, y cada columna se escalonó hacia la de abajo. con un labio de aproximadamente 5/8 de pulgada [17] de profundidad, estando el labio y el casquillo en realidad girados y aburridos. También se giró la parte de la columna contra la que descansaban las vigas transversales. Todas estas operaciones se realizaron de una sola vez, centrándose la columna en un torno-mandril hueco. Después de girarlas, las columnas se pasaban a una máquina perforadora, en la que se perforaban simultáneamente todos los orificios de cada brida en el sólido. Y como esto se hizo con todas ellas en la misma máquina, los agujeros por supuesto, coincidieron perfectamente cuando las columnas fueron colocadas una sobre otra en el proceso de montaje. Se tuvo un cuidado similar con las vigas transversales, que fueron perforadas en los extremos mediante máquinas diseñadas para tal fin. Así, cuando hubo que ensamblar las piezas del viaducto en el lugar de su montaje no se necesitó literalmente ninguna herramienta, ni tampoco desconchados o limados que retrasaran el avance de la obra. [18]
O bien, dijo el presidente, el viaducto de Belah había sido diseñado en exceso, o el puente Tay no había sido diseñado adecuadamente. [19]
Mientras Bouch estaba revisando su diseño, la empresa a la que se había adjudicado el contrato para la construcción del puente, los señores De Bergue de Cardiff , cerró. [20] Durante junio de 1874, se emitió un contrato de reemplazo para el trabajo a Hopkin Gilkes and Company , sucesores de la compañía de Middlesbrough que anteriormente había proporcionado los herrajes para el viaducto de Belah. [2] [21] [22] Gilkes originalmente tenía la intención de producir todos los herrajes del puente en Teesside, pero al final continuó utilizando una fundición en Wormit para producir los componentes de hierro fundido y llevar a cabo un mecanizado posterior limitado. operaciones. [ cita necesaria ]
El cambio de diseño aumentó el costo y requirió demoras, intensificadas después de que dos de las vigas altas cayeron cuando se colocaban en su lugar durante la noche del viernes 3 de febrero de 1877. [3] [23]
Hubo que retirar las vigas caídas y construir otras nuevas. [24] y los muelles que se levantarán nuevamente; y esto amenazaba seriamente con interferir con la expectativa de tener el puente terminado para el paso de un tren en septiembre. Sólo se disponía de ocho meses para el montaje, flotación de seis y el levantamiento de diez tramos de 75 metros [245 pies]. Cinco y siete, respectivamente, de los tramos de 44 m [145 pies] aún tenían que pasar por el mismo proceso. Aún quedaban por construir siete muelles grandes y tres pequeños. El peso del hierro que había que poner en su lugar era de 2.700 toneladas largas [3.000 toneladas cortas], y parecía increíble que todo eso se pudiera hacer en ocho meses. Mucho dependería del clima, pero éste estaba lejos de ser favorable. [3]
A pesar de esto, la primera locomotora cruzó el puente el 22 de septiembre de 1877 y, tras su finalización a principios de 1878, el puente Tay era el más largo del mundo. Mientras visitaba la ciudad, Ulysses S. Grant comentó que era "un gran puente para una ciudad pequeña".
Como todas las líneas ferroviarias del Reino Unido, el puente Tay estuvo sujeto a una inspección de la Junta de Comercio antes de que pudiera transportar trenes de pasajeros. La inspección fue realizada del 25 al 27 de febrero de 1878 [25] por el mayor general Hutchinson de la Inspección de Ferrocarriles, quien midió la deflexión de las vigas del puente de 245 pies (75 m) bajo una carga distribuida de 1,5 toneladas por pie (5 t/m). debido a las locomotoras pesadas, que viajan a hasta 40 mph (64 km/h), menos de 2 pulgadas (51 mm). Informó que "en mi opinión, estos resultados deben considerarse satisfactorios. La oscilación lateral [aproximadamente, movimiento rítmico de lado a lado], observada por el teodolito cuando los motores giraban a gran velocidad, era leve y la estructura general mostró una gran rigidez". [26]
Hutchinson requirió que se realizaran algunos trabajos de reparación menores y también emitió una "recomendación" para imponer un límite de velocidad de 25 mph (40 km/h) al tráfico que pasa por el puente. [27] Posteriormente, Hutchinson explicó a la investigación que había sugerido este límite de velocidad debido a la mínima inclinación de los muelles. El informe de inspección añade: "Cuando vuelva a visitar el lugar, desearía, si es posible, tener la oportunidad de observar los efectos del fuerte viento cuando un tren de vagones pasa por el puente". [28]
El 1 de junio de 1878, el puente Tay se abrió al tráfico de pasajeros, [29] habiéndose celebrado ceremonias formales de inauguración durante el día anterior, durante las cuales Thomas Bouch fue nombrado burgués de Dundee "con respecto a sus meritorios servicios como ingeniero del puente..." [30] El 20 de junio de 1879, la reina Victoria cruzó el puente durante su regreso al sur después de su estancia en Balmoral ; Bouch le fue presentado antes de que ella lo hiciera. El 26 de junio de 1879, la Reina lo nombró caballero en el Castillo de Windsor . [31]
En la noche del 28 de diciembre de 1879 a las 19:15 horas, el puente se derrumbó después de que sus tramos centrales cedieran durante los fuertes vendavales invernales. Un tren de seis vagones con setenta y cinco pasajeros y tripulantes, que cruzaba en el momento del derrumbe, se hundió en las gélidas aguas del Tay. Las setenta y cinco personas a bordo murieron. El desastre sorprendió a todo el país y conmocionó a la comunidad de ingenieros de Victoria. La investigación posterior reveló que el diseño del puente no se había adaptado a los fuertes vientos. En el momento del colapso, un vendaval estimado en fuerza diez u once (vientos con fuerza de tormenta tropical: 55 a 72 mph (89 a 116 km/h) había estado soplando por el estuario de Tay en ángulo recto con el puente. La locomotora del tren ( Ferrocarril del Norte de Gran Bretaña n. ° 224 ) fue rescatado del río y posteriormente restaurado para su servicio en el ferrocarril [ cita necesaria ]
El colapso del puente, a pesar de haber sido inaugurado sólo diecinueve meses antes después de que la Junta de Comercio lo considerara seguro , tuvo un efecto a largo plazo en la sociedad en general. Según algunos comentaristas, todavía se considera que fue el desastre de un puente más notorio que jamás haya ocurrido en las Islas Británicas. El desastre fue conmemorado en " The Tay Bridge Disaster ", uno de los esfuerzos en verso más conocidos de William McGonagall . Hoy en día, los restos de los pilares originales del puente todavía son visibles sobre la superficie del Tay incluso durante la marea alta.
En 2005, el dramaturgo escocés Mike Gibb y la compositora Mairi Paton estrenaron su musical titulado Five Pound and Twa Bairns en Dundee. Se centra en tres mujeres ficticias de orígenes muy diferentes que pierden hombres en el desastre. El musical ha tenido varias producciones más, incluidas tres funciones con entradas agotadas en el Dundee Rep Theatre. [ cita necesaria ]
Casi inmediatamente después de la falla del puente Tay, la compañía North British Railway comenzó a desarrollar planes para su reconstrucción o reemplazo. [32] Durante 1880, apenas seis meses después del accidente, se presentó al Parlamento el proyecto de ley del Ferrocarril del Norte de Gran Bretaña (Puente Tay) para la construcción de un nuevo puente. El proyecto de ley fue revisado por un comité especial, presidido por Sir Lopes Massey Lopes, tercer baronet ; Lopes llamó la atención sobre la gran presión para que se tengan en cuenta los factores de seguridad a la luz de la pérdida del puente anterior, incluida la necesidad de examinar la idoneidad del lugar. [32] En respuesta a esta pregunta, el Sr. Walker, director general del Ferrocarril del Norte de Gran Bretaña, expresó su opinión de que no había un lugar más adecuado que el elegido, destacando el intercambio de tráfico relativamente grande en la zona y la importancia de hacer que la línea sea lo más directa posible en la práctica. Además, varios testigos locales, entre los que se encontraban varios comerciantes destacados de Dundee, hablaron favorablemente de la ubicación propuesta. [32]
Los planos para la reconstrucción del puente fueron presentados por el ingeniero civil Sir James Brunlees . [32] Su diseño propuesto habría implicado duplicar los pilares del primer puente instalando las nuevas columnas en el lado este de cada uno de los pilares existentes, mientras que se habrían utilizado ladrillos arqueados para unir los elementos antiguos y nuevos por igual. Sobre estos cimientos se colocaría una plataforma de ladrillo lo suficientemente ancha como para soportar dos juegos de vigas, así como un trazado de doble vía. [32] Brunlees propuso que la vía permanente debería colocarse en los brazos superiores de las vigas. Se consideró que la adición de vigas de cuerda de arco, colocadas a 20 pies (6,1 m) de altura sobre la calle, tenía mucha menos exposición al viento y mayor rigidez lateral que las vigas del primer puente. [32] Las vigas también se habrían duplicado, para que fueran capaces de resistir 200 libras (91 kg) por pie cuadrado de presión del viento, mientras que los pilares diseñados debían ser capaces de resistir una presión de 900 libras por pie cuadrado. En general, la estructura propuesta por Brunlees habría poseído mayor resistencia para resistir la presión lateral que la original. [32] Esta propuesta tuvo un costo total estimado de £356,323. Si bien se consideró cuidadosamente, la Junta de Comercio consideró peligrosa la práctica de conectar el puente antiguo con un nuevo diseño. Rechazó tanto el diseño propuesto como el proyecto de ley en general. [32]
El Ferrocarril del Norte de Gran Bretaña, que otorgaba gran importancia a la conexión entre Fife y Forfarshire, se comprometió a desarrollar un diseño viable. [32] Durante agosto de 1880, se consultó sobre el asunto al destacado ingeniero ferroviario William Henry Barlow , de Barlow & Sons, Londres. Tras los experimentos con los restos del primer puente, Barlow opinó que las partes intactas deberían abandonarse en favor de una nueva estructura que se extendiera entre las dos orillas. [32] Adoptando esto como base para su siguiente presentación, se presentó un nuevo proyecto de ley y se presentó ante un comité selecto de la Cámara de los Comunes el 10 de mayo de 1881. Con pocas modificaciones o sugerencias, pronto se aprobó. [32] Durante noviembre de 1881, se adjudicó un contrato para la construcción del nuevo puente a los señores William Arrol & Co de Glasgow. Para el diseño del nuevo puente, los señores Barlow optaron por abstenerse de utilizar principios de ingeniería no probados y, en cambio, optaron por adherirse estrictamente a la metodología establecida. [32]
El segundo puente Tay es un sencillo puente de vigas de celosía; Aparte de su considerable longitud, carece de características distintivas. [32] Tiene una longitud total de 10,780 pies (3,290 m), que está cubierta por un total de 85 vanos. Estos tramos son arcos de ladrillo ordinarios, respaldados por cemento y hormigón y colocados sobre pilares sostenidos por pares de columnas. [32] Con el deseo de evitar que se repita el destino del Primer Puente Tay, una intención principal del diseño es la estabilidad, seguida en importancia por medidas para minimizar el peso del puente y la adopción de formas estéticamente agradables siempre que sea posible sin comprometer la resistencia estructural. . [32]
Los pilares, construidos principalmente con ladrillo y hormigón, están rodeados por un cajón de hierro forjado hasta el nivel del nivel del agua, por encima del cual se utiliza un exterior de ladrillo, que no puede ser infiltrado por el agua. [32] Las partes sumergidas están revestidas con ladrillo vitrificado azul. Por encima de la marca de la marea alta, cada par de pilares tiene una sección de mampostería de conexión que termina en la base de la superestructura. [32] Debido a la alta proporción de mampostería en los pilares, eran extremadamente pesados, lo que significó que los señores Barlow trabajaron para minimizar el peso de la estructura sin que los pilares se debilitaran. Para ello se adoptó una elegante superestructura de hierro. [32]
Por encima de la mampostería, dos columnas octogonales firmemente apuntaladas continuaban hacia arriba para encontrarse con los miembros internos en forma de arco. [32] Se utilizaron otros miembros para proporcionar un lecho para las vigas a fin de proporcionar un muelle sustancial que quitó gran parte de su peso del área basal. Desde la finalización del Segundo Puente Tay, la disposición de vigas de celosía se ha convertido en una característica común, adoptada casi universalmente para la construcción de puentes. [32] La configuración proporciona altos niveles de deformación por compresión a pesar de que las vigas son comparativamente ligeras. La plataforma está compuesta de acero y está rodeada a ambos lados del puente por una celosía muy unida, que funciona como una pantalla contra el viento y, en cierto modo, protege a los trabajadores. [32]
El 9 de marzo de 1882 se iniciaron las obras del segundo puente, ubicado 18 metros (59 pies) aguas arriba y paralelo al puente original. [32] Las primeras partes del puente que se erigieron se construyeron en la costa sur; El trabajo continuó durante algún tiempo antes de que se iniciaran las actividades de construcción en la costa norte. [32] A pesar de esto, la mayor parte del puente se construyó simultáneamente en ambos extremos, continuando hasta que se conectaron las vigas centrales y se completó el cruce. Sólo una parte de las vigas del antiguo puente se reutilizaron para la nueva estructura, y ninguna se utilizó sin haber sido sometida previamente a considerables pruebas. [32] Se cree que catorce hombres murieron durante la construcción del puente, la mayoría ahogándose. [ cita necesaria ]
En la construcción del puente se utilizaron grandes cantidades de materiales. En cuanto a hierro forjado, se utilizaron 16.300 toneladas para los pilares y vigas; Si se incluyen también las 118 vigas del puente anterior, se calcula que el peso total asciende a unas 19.000 toneladas. [32] También se utilizaron 3.500 toneladas de acero, mientras que los elementos de hierro fundido de los muelles pesan 2.500 toneladas, habiéndose utilizado en conjunto 25.000 toneladas de hierro y acero. Para construir tanto los accesos al puente como los cilindros se utilizaron alrededor de 10 millones de ladrillos, con un peso total de 37.500 toneladas. [32] El peso total del hormigón utilizado es de 70.000 toneladas. Además, el puente contiene alrededor de 3.000.000 de remaches . [32] [33]
El costo estimado para el segundo puente fue de £640.000 equivalente a £84.266.666,67 en 2023; Si bien esta cifra fue superada, no resultó ser demasiado optimista. Cuando se desglosan los trabajos de construcción, se calculó que la fundación de los muelles costó £ 282 000, la instalación de las vigas y parapetos £ 268 000, mientras que se invirtieron £ 90 000 en la producción de los accesos y arcos. [32] Se habían incurrido en algunos costos adicionales de aproximadamente £ 16.000 para mejorar el acceso al puente desde Newport; el ramal fue reconstruido a lo largo de una distancia de media milla hacia el este. En combinación con el coste de 350.000 libras esterlinas del primer puente Tay, el Ferrocarril del Norte de Gran Bretaña había gastado aproximadamente un millón de libras para tender un puente sobre el Tay. [32]
Antes de entrar en servicio, la estructura completa fue sometida a un examen exhaustivo por parte de inspectores que trabajaban para la Junta de Comercio. [32] Con el deseo de evitar que se repitiera el desastre del primer puente Tay, el segundo puente fue sometido a pruebas rigurosas, que en algunos casos simularon condiciones que excedían con creces las que jamás se hubieran encontrado durante la totalidad de su construcción. vida de servicio. Según los informes presentados, los resultados de estas pruebas fueron satisfactorios y allanaron el camino para su uso operativo. [32] El 11 de junio de 1887, los primeros trenes de pasajeros pasaron por el segundo puente Tay. El 20 de junio de 1887, que también coincidía con el 50 aniversario de la ascensión al trono de la reina Victoria, el puente se abrió al tráfico general. [32] [34]
El segundo puente Tay se ha mantenido en uso hasta el día de hoy. Para proteger la estructura de sufrir daños, la doble marcha de las locomotoras está restringida en los trenes que atraviesan el puente; Se ha estipulado que algunas combinaciones de locomotoras consecutivas deben estar separadas por al menos 60 pies (18 m) utilizando barreras o vagones retráctiles. [35]
Durante 2003, un proyecto de fortalecimiento y renovación del puente valorado en £20,85 millones ganó el Premio de Ingeniería Civil de la Industria de la Construcción Británica , en consideración a la asombrosa escala y la logística involucrada. Se rasparon más de 1.000 toneladas métricas (1.100 toneladas cortas) de excrementos de pájaros de la celosía de hierro del puente con herramientas manuales y se embolsaron en sacos de 25 kilogramos (55 libras). Al mismo tiempo, se quitaron y reemplazaron cientos de miles de remaches , todo lo cual fue realizado por trabajadores que se encontraban en condiciones expuestas mientras se encontraban en lo alto de un estuario con mareas rápidas. [ cita necesaria ]
Sobre el Puente Tay está prohibido doble rumbo... si se proporciona asistencia desde el frente... se deben proporcionar al menos 60 pies entre
