Thomas Stevenson PRSE MInstCE FRSSA FSAScot (22 de julio de 1818 - 8 de mayo de 1887) fue un ingeniero civil , diseñador de faros y meteorólogo escocés pionero , que diseñó más de treinta faros en Escocia y sus alrededores, así como la pantalla Stevenson utilizada en meteorología. Sus diseños, celebrados como innovadores, marcaron el comienzo de una nueva era en la creación de faros.
Se desempeñó como presidente de la Real Sociedad Escocesa de las Artes (1859-1860), como presidente de la Real Sociedad de Edimburgo (1884-1886) y fue cofundador de la Sociedad Meteorológica Escocesa . [1]
Fue el padre del escritor Robert Louis Stevenson .
Nació en 2 Baxters Place [2] en Edimburgo , el 22 de julio de 1818, hijo menor del ingeniero Robert Stevenson y su esposa (y hermanastra) Jean Smith. Estudió en la Royal High School de Edimburgo.
Thomas Stevenson era un devoto y asistente habitual de la Iglesia de San Esteban en Stockbridge , en el extremo norte de St Vincent Street, Edimburgo.
Vivió con su familia en Baxters Place hasta que se casó en 1848. Luego consiguió una casa en 8 Howard Place. [3] En 1855 se mudó a 1 Inverleith Terrace. [4] Desde al menos 1860 vivió en 17 Heriot Row , una gran casa adosada georgiana en la Ciudad Nueva de Edimburgo . [5]
En 1864, publicó El diseño y la construcción de puertos: un tratado sobre ingeniería marítima . El libro se basaba en un artículo que había escrito originalmente para la Encyclopædia Britannica y cubría los principios y prácticas involucrados en el diseño y la construcción de puertos . El trabajo analizaba las características geológicas y físicas que afectan el diseño de los puertos, la generación y el impacto de las olas , junto con los materiales de construcción y los tipos de mampostería para los muros de los muelles . El libro también exploraba la eficacia de las mareas y el agua dulce para mantener los emisarios . Una segunda edición del libro se publicó en 1874. [6]
En 1869, como un experimento exitoso sobre el uso de la recién inventada luz eléctrica para faros , Stevenson instaló un cable submarino desde la parte oriental del puerto de Granton , y una luz en el extremo del muelle Trinity Chain fue controlada desde media milla de distancia por un operador en el puerto. [7] [8] Diseñó la pantalla Stevenson como un refugio para proteger los instrumentos meteorológicos , y esto ha sido ampliamente adoptado.
Murió en el número 17 de Heriot Row, Edimburgo, el 8 de mayo de 1887 y está enterrado en la cripta familiar de Stevenson, en el cementerio de New Calton . La cripta se encuentra a mitad de camino a lo largo del muro este.
En el curso de su trabajo como ingeniero de faros y puertos, Stevenson había realizado observaciones de alturas de olas en varios lugares de Escocia a lo largo de varios años. En 1852, publicó un artículo en el que sugería que las olas aumentaban en altura en una proporción aproximada a la raíz cuadrada de su distancia desde la costa barlovento . [9] Stevenson desarrolló esto en la fórmula simple , en la que es la altura de la ola en pies y es el alcance en millas . [10]
En la fórmula de Stevenson faltan componentes esenciales para la predicción de la altura de las olas, en particular la velocidad del viento . En 1852, el análisis matemático de la teoría de las olas en el agua y los métodos para la evaluación numérica de factores como la formación de bancos de arena y el oleaje estaban en sus inicios. [11] [12] El análisis de Stevenson [13] es posiblemente la primera discusión cuantitativa de la altura de las olas como una función (raíz cuadrada) del alcance, y su artículo [14] es uno de los primeros estudios cuantitativos de las velocidades del viento en la capa límite planetaria .
Un análisis moderno de la fórmula de Stevenson indica que parece estimar de manera conservadora la altura de las olas para velocidades del viento de hasta alrededor de 30 millas por hora , basándose en sus observaciones que probablemente se tomaron para longitudes de alcance de menos de 100 kilómetros , sin mares completamente desarrollados . El rompeolas en Wick estuvo expuesto a una longitud de alcance de aproximadamente 500 kilómetros y velocidades del viento muy superiores a las 30 millas por hora, antes de su eventual destrucción. [10] [15]
En 1965, el ingeniero sudafricano Basil Wrigley Wilson propuso un método que puede utilizarse para aproximar la altura significativa de ola H 1/3 y el período T 1/3 de las olas de viento generadas por un viento constante de velocidad U que sopla sobre una longitud de alcance F . [16] Las unidades para estas cantidades son las siguientes:
Las fórmulas de Wilson se aplican cuando la duración del viento es suficientemente larga, ya que cuando el viento sopla solo por un tiempo limitado, las olas no pueden alcanzar la altura y el período completos correspondientes a la velocidad del viento y la longitud de alcance. [17] En condiciones en las que el viento sopla durante un tiempo suficientemente largo, por ejemplo durante una tormenta prolongada, la altura y el período de las olas se pueden calcular de la siguiente manera:
En estas fórmulas, g denota la aceleración debida a la gravedad, que es aproximadamente 9,807 m/s 2 . La velocidad del viento U se mide a una altura de 10 metros sobre la superficie del mar. Para condiciones aproximadas a las del rompeolas de Wick durante una tormenta (longitud de alcance de 500 km, velocidad del viento de alrededor de 75 mph), el gráfico siguiente muestra que el método de Wilson predice una altura de ola significativa ( H 1/3 ) de alrededor de 1,5 veces la de Stevenson. [9] [16]
Sin embargo, aunque la fórmula de Stevenson es muy limitada e inadecuada para su aplicación en el diseño de ingeniería, se destacó por ser un intento temprano de aplicar la teoría matemática a los problemas de ingeniería hidráulica, y muestra un acuerdo limitado (aunque dentro de un rango estrecho) con una fórmula más avanzada desarrollada por Ramón Iribarren en 1942. [15] [18] Una falla importante en la fórmula de Stevenson es la ausencia de consideración de la velocidad del viento, y la comparación con la fórmula de Wilson a 3 velocidades de viento diferentes (30, 50 y 75 mph) muestra solo un nivel razonable de acuerdo para vientos de 50 mph en longitudes de alcance de hasta alrededor de 100 metros. [9] [16]
El propio Stevenson señaló que la fórmula era una aproximación [19] y alentó activamente la investigación adicional sobre problemas similares, implorando a los ingenieros jóvenes que redoblaran sus esfuerzos en el avance de la ingeniería costera durante un discurso pronunciado en 1885 en la Institución de Ingenieros Civiles de Londres. [20] Además de su trabajo sobre el crecimiento de las olas, también realizó investigaciones sobre el fenómeno de la descomposición de las olas dentro de las cuencas portuarias . [21]
Stevenson diseñó y supervisó la construcción de un rompeolas en Wick en 1863, que en ese momento era la pesquería de arenque más grande de Europa. El puerto interior, diseñado por Thomas Telford , se completó en 1811, seguido por la construcción del puerto exterior ampliado por James Bremner entre 1825 y 1834. Sin embargo, en 1857, la necesidad de mayor capacidad se hizo evidente, lo que llevó a la British Fishery Society a proponer un nuevo rompeolas. En 1862, Stevenson, junto con su hermano David, preparó planos detallados, secciones y especificaciones para la ampliación del puerto. Este diseño recibió el apoyo de Sir John Coode y John Hawkshaw . Un préstamo de £ 62,000 fue sancionado por AM Rendel, el ingeniero de la Comisión de Préstamos para Obras Públicas . [22]
La construcción comenzó en abril de 1863, con el objetivo de alcanzar una longitud final de 460 metros. El diseño de Stevenson incluía un montículo de escombros que se extendía hasta 5,5 metros por encima de la marca de bajamar , siguiendo las rocas Crane. Esto se cubrió con muros de bloques y se rellenó con escombros, proporcionando una superestructura de hasta 16 metros de ancho. Los escombros para el montículo se obtuvieron de canteras locales y se transportaron mediante locomotoras de vapor . Luego se depositaron sobre el montículo del rompeolas utilizando pórticos móviles que corrían a lo largo del andamiaje , lo que marca una posible primicia en Escocia para esta técnica. [23] [22] El muro que da al mar se construyó con un talud de 6:1. Por debajo de la línea de flotación, los bloques se unieron en seco, mientras que por encima de la marca de pleamar, inicialmente se utilizó mortero romano y más tarde de cemento Portland . [24]
El rompeolas se fue deteriorando progresivamente como resultado de varias tormentas , y en 1870 había perdido un tercio de su longitud. Finalmente fue abandonado en 1877, después de sufrir más daños graves por tormentas, a pesar de los repetidos intentos fallidos de reconstrucción. [15] [22] [24] Stevenson señaló, en correspondencia con la Institución de Ingenieros Civiles , que una sola tormenta había eliminado en un momento dado 1350 toneladas de material del rompeolas, pero no pudo proporcionar la altura de las olas durante el evento. [25]
La aplicación de técnicas actuales para calcular las condiciones locales de las olas demuestra que el rompeolas tal como se construyó no habría sobrevivido sin la movilización de una restricción adicional o un mecanismo para reducir las fuerzas de las olas. [24] La propia fórmula de olas de Stevenson habría predicho alturas de olas en alta mar para Wick de alrededor de 8 a 10 metros , mientras que las observaciones modernas muestran que el Mar del Norte exhibe alturas de olas de hasta dos a tres veces esta cifra. [26] [27] [28] [10]
Era hermano de los ingenieros de faros Alan y David Stevenson , entre 1854 y 1886 diseñó numerosos faros, con su hermano David, y luego con el hijo de David, David Alan Stevenson .
En 1848 se casó con Margaret Isabella "Maggie" Balfour, hija del reverendo Lewis Balfour. Su hijo fue el escritor Robert Louis Stevenson , quien al principio le causó mucha decepción al no seguir los intereses de ingeniería de su familia.
El hermano menor de su esposa, James Melville Balfour (es decir, su cuñado), se formó con D. & T. Stevenson y luego emigró a Nueva Zelanda, donde primero fue ingeniero naval de la provincia de Otago antes de ser nombrado ingeniero naval colonial. [29] [30]
![{\displaystyle gH_{1/3}/U^{2}=0,30\left\{1-\left[1+0,004\left(gF/U^{2}\right)^{1/2}\right]^{-2}\right\}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bb82345ee09c3b8958dd956aa493ffceaee10b6d)
![{\displaystyle gT_{1/3}/(2\pi U)=1,37\{1-\left[1+0,008\left(gF/U^{2}\right)^{1/3}\right]^{-5}\right\}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f5fd4349324054aeec67e3e1717987d6473dffb3)
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