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 Artes (1859–60), como presidente de la Real Sociedad de Edimburgo (1884–86) y fue cofundador de la Sociedad Meteorológica Escocesa . [1]
Nació en 2 Baxters Place [2] en Edimburgo , el 22 de julio de 1818, el hijo menor del ingeniero Robert Stevenson y su esposa (y hermanastra) Jean Smith. Fue educado en la Royal High School de Edimburgo.
Thomas Stevenson era un devoto y asiduo asistente a 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 el número 8 de Howard Place. [3] En 1855 se trasladó al número 1 de Inverleith Terrace. [4] Desde al menos 1860 vivió en el número 17 de Heriot Row , una gran casa adosada georgiana en la Ciudad Nueva de Edimburgo . [5]
En 1864 publicó El diseño y construcción de puertos: un tratado de ingeniería marítima . El libro se basó 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 discutió las características geológicas y físicas que afectan el diseño del puerto, 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 exploró la eficacia de las mareas y el agua dulce para mantener los emisarios . En 1874 se publicó una segunda edición del libro. [6]
En 1869, como experimento exitoso sobre el uso de la luz eléctrica recién inventada para faros , Stevenson hizo instalar un cable submarino desde la parte este de Granton Harbour, y una luz en el extremo del Trinity Chain Pier 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 en Edimburgo el 8 de mayo de 1887 y está enterrado en la bóveda de la familia Stevenson en el cementerio de New Calton . La bóveda se encuentra a medio camino del muro oriental.
En el curso de su trabajo como ingeniero de faros y puertos, Stevenson había realizado observaciones de la altura de las olas en varios lugares de Escocia durante 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 de barlovento . [9] Stevenson desarrolló esto en la fórmula simple , en la que es la altura de la ola en pies y 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 ondas del agua y los métodos para la evaluación numérica de factores como el bajío y el oleaje estaban en su infancia. [11] [12] El análisis de Stevenson [13] es posiblemente la primera discusión cuantitativa sobre la altura de las olas como una función (raíz cuadrada) de la alcance, y su artículo [14] es uno de los primeros estudios cuantitativos de las velocidades del viento en el límite planetario. capa .
El 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 muy probablemente se tomaron para longitudes de alcance inferiores a 100 kilómetros , sin mares completamente desarrollados . El rompeolas de Wick estuvo expuesto a una longitud de alcance de aproximadamente 500 kilómetros y a velocidades de 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 las olas H 1/3 y el período T 1/3 de las ondas de viento generadas por un viento constante de velocidad U que sopla a lo largo de 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 que sopla es suficientemente larga, como cuando el viento sopla sólo durante un tiempo limitado, las olas no pueden alcanzar la altura completa y el período correspondiente 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 aproximadamente 120 km/h), el siguiente gráfico muestra que el método de Wilson predice una altura de ola significativa ( H 1/3 ) de aproximadamente 1,5 veces la del método de Stevenson. . [9] [16]
No obstante, si bien la fórmula de Stevenson es muy limitada e inadecuada para aplicaciones de diseño de ingeniería, se destacó por ser un intento temprano de aplicar la teoría matemática a problemas de ingeniería hidráulica y muestra cierta concordancia (aunque dentro de un rango estrecho) con una fórmula más avanzada desarrollada. por Ramón Iribarren en 1942. [15] [18] Un defecto 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 con longitudes de alcance de hasta unos 100 metros. [9] [16]
El propio Stevenson señaló que la fórmula era una aproximación , [19] y alentó activamente a realizar más investigaciones sobre problemas similares, implorando a los jóvenes ingenieros que redoblaran sus esfuerzos en el avance de la ingeniería costera durante un discurso de 1885 ante la Institución de Ingenieros Civiles de Londres. [20] Además de su trabajo sobre el crecimiento de las olas, también llevó a cabo investigaciones sobre el fenómeno de la decadencia 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 de la construcción del puerto exterior ampliado por James Bremner entre 1825 y 1834. Sin embargo, en 1857, la necesidad de aumentar la capacidad se hizo evidente, lo que llevó a la Sociedad Británica de Pesca a proponer un nuevo rompeolas. En 1862, Stevenson, junto con su hermano David, prepararon planos, secciones y especificaciones detalladas para la ampliación del puerto. Este diseño recibió el apoyo de Sir John Coode y John Hawkshaw . AM Rendel, ingeniero de la Comisión de Préstamos de Obras Públicas , aprobó un préstamo de 62.000 libras esterlinas. [22]
La construcción comenzó en abril de 1863, con el objetivo de tener una longitud final de 460 metros. El diseño de Stevenson presentaba un montículo de escombros que se extendía hasta 5,5 metros por encima de la marca del nivel del agua , siguiendo las Crane Rocks. Este se cubrió con muros de bloques y se rellenó con escombros, proporcionando una superestructura de hasta 16 metros de ancho. Los escombros del montículo procedían de canteras locales y se transportaban en locomotoras de vapor . Luego se depositó en el montículo del rompeolas mediante pórticos móviles que recorrían el escenario , lo que marcó una posible primicia en Escocia para esta técnica. [23] [22] El muro que daba al mar se construyó con una proporción de 6:1. Por debajo de la línea de flotación, los bloques se unieron en seco, mientras que por encima de la línea de marea alta se utilizó inicialmente mortero de cemento romano y más tarde cemento Portland . [24]
El rompeolas fue fallando progresivamente a consecuencia de varias tormentas , y hacia 1870 había perdido un tercio de su longitud. Finalmente fue abandonado en 1877, después de nuevos daños severos por tormentas, a pesar de 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 1.350 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 de las olas locales demuestra que el rompeolas tal como se construyó no habría sobrevivido sin movilizar restricciones adicionales 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 o tres veces esta cifra. [26] [27] [28] [10]
Era hermano de los ingenieros de faros Alan y David Stevenson , entre 1854 y 1886 diseñó muchos faros, con su hermano David, y luego con el hijo de David, David Alan Stevenson .
Se casó con Margaret Isabella "Maggie" Balfour en 1848, hija del reverendo Lewis Balfour. Su hijo fue el escritor Robert Louis Stevenson , quien inicialmente 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 fue primero ingeniero marino de la provincia de Otago antes de ser nombrado ingeniero marino colonial. [29] [30]
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