El puente de Tay permite el paso de trenes a través del estuario de Tay, en Escocia, entre Dundee y el suburbio de Wormit, en Fife . Su longitud es de 4,43 kilómetros. Es el segundo puente que ocupa este lugar.
Los planes para construir un puente sobre el río Tay para reemplazar el servicio de transbordadores de trenes surgieron en 1854, pero el primer puente sobre el río Tay no se inauguró hasta 1878. Era un diseño de celosía liviana 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 cruzaba, matando a todos los que estaban a bordo. El incidente es uno de los peores desastres de ingeniería relacionados con puentes en la historia. Una investigación determinó que el puente no estaba lo suficientemente diseñado para soportar fuertes vientos.
Fue reemplazado por un segundo puente construido en hierro y acero, con una vía doble , 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 sometido a pruebas exhaustivas por parte de la Junta de Comercio , que dio como resultado un informe favorable. En 2003, el puente fue reforzado y restaurado, ganando un Premio de Ingeniería de la Industria de la Construcción Británica para destacar la escala y la dificultad del proyecto.
Las propuestas para construir un puente sobre el río Tay datan de 1854, pero no fue hasta el 15 de julio de 1870 que la Ley del Puente Tay de la North British Railway recibió la sanción real . El 22 de julio de 1871 se colocó la primera piedra del puente. [ cita requerida ]
El puente fue diseñado por el ingeniero Thomas Bouch , quien recibió el título de caballero después de la finalización del puente. [1] El puente tenía un diseño de rejilla de celosía, que combinaba hierro fundido y forjado . El diseño había sido utilizado por Thomas W. Kennard en el viaducto de Crumlin en el sur de Gales en 1858, después del uso de hierro fundido en el Crystal Palace . El Crystal Palace no estaba tan cargado como un puente ferroviario. Un diseño anterior de hierro fundido, el puente Dee, se derrumbó en 1847, tras fallar debido al mal uso de vigas de hierro fundido. Gustave Eiffel utilizó un diseño similar para crear varios viaductos grandes en el Macizo Central en 1867.
El diseño original era de vigas de celosía sostenidas por pilares de ladrillo que descansaban sobre el lecho de roca, que, según se demostró en las perforaciones de prueba, no se encontraba a gran profundidad bajo el río. En cada extremo del puente, la vía única corría sobre la viga del puente, la mayor parte de la cual se encontraba debajo de las cimas de los pilares. En la sección central del puente (las vigas altas), el ferrocarril corría dentro de la viga del puente, que estaba por encima de las cimas de los pilares para dar espacio para el paso de los barcos de vela. Para adaptarse a la expansión térmica , había conexiones no rígidas entre las vigas y los pilares. [ cita requerida ]
En diciembre de 1873, cuando el puente se adentraba en el río, se hizo evidente que el lecho de roca se encontraba a mucha más profundidad, demasiado profundo para actuar como base para los pilares del puente. [2] Bouch rediseñó el puente para reducir la cantidad de pilares y aumentar la longitud de las vigas. Los cimientos de los pilares ya no descansaban sobre el lecho de roca, sino que 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 se había identificado erróneamente como roca, y luego rellenando los cajones con hormigón. [3]
Para reducir el peso que el suelo debajo de los cajones tendría que soportar, los pilares de ladrillo fueron reemplazados por pilares de hierro con estructura de celosía abierta. Cada pilar tenía múltiples columnas de hierro fundido que soportaban el peso de las vigas del puente, con tirantes horizontales de hierro forjado y barras de unión diagonales que unían las columnas para dar rigidez y estabilidad. El concepto básico era bien conocido, ya que Kennard lo había utilizado 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 practicables, las dimensiones de los pilares estaban limitadas por su tamaño. El diseño de los pilares de Bouch colocó seis columnas en un hexágono, maximizando el ancho del pilar pero no el número de tirantes diagonales que resistían directamente las fuerzas laterales. [ cita requerida ]
Los detalles de ingeniería del puente Tay fueron considerablemente más simples, livianos y económicos que en los viaductos anteriores. La base mecanizada de cada sección de columna se acoplaba de manera segura a una sección agrandada mecanizada de la parte superior de la sección inferior. [10] Luego, la unión se aseguraba con pernos a través de orificios coincidentes en las orejetas (Crumlin [4] ) o bridas (Belah) en las dos secciones. Esta configuración de "espiga y grifo" se utilizó, aparentemente sin mecanizado, en algunas columnas de los pilares del puente Tay, pero en algunas se confió en los pernos para asegurar una alineación correcta. En este caso, las uniones se realizaron utilizando pernos de tamaño inferior, de un diámetro menor que el que pasaría por el orificio. Esto facilitó el ensamblaje de la columna, ya que los orificios de los pernos no necesitarían alinearse exactamente antes de insertar el perno. Sin embargo, esto permitió que los dos miembros, así unidos, se movieran uno con respecto al otro bajo carga, debilitando la columna.
En el puente de Tay, el arriostramiento diagonal se hacía 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 se hacía a una orejeta que era parte integral del bastidor de la columna. [11] La conexión inferior se hacía a dos placas de eslinga atornilladas a la base de la sección equivalente en una columna adyacente. La barra y las placas de eslinga tenían ranuras longitudinales coincidentes. La barra de unión se colocaba entre las placas de eslinga con las tres ranuras alineadas y superpuestas. Se introducía una cuña a través de las tres ranuras y se aseguraba. A continuación, se colocaban dos chavetas, cuñas metálicas, para rellenar el resto de la superposición de las ranuras y se introducían con fuerza para poner la traviesa bajo tensión. El arriostramiento horizontal se proporcionaba con hierro forjado acanalado. [12] Las distintas cabezas de los pernos estaban demasiado cerca unas de otras y de la columna para apretarlas fácilmente con llaves; Esto, sumado a la falta de precisión en la preparación de los soportes de hierro del canal, dio lugar a diversos expedientes de montaje en el lugar (uno de ellos descrito por un testigo de la investigación como "el trabajo más descuidado que he visto en mi vida"). [13]
Sin embargo, en los viaductos de Crumlin y Belah , el arriostramiento horizontal se realizó mediante vigas de hierro fundido sólidas y ajustadas firmemente a las columnas, y luego se unieron los tirantes diagonales a las vigas. [14] El presidente del Tribunal de Investigación citó extensamente un libro contemporáneo [15] que elogiaba la ingeniería detallada de los pilares del viaducto de Belah y describía el viaducto como uno de los más livianos y económicos de su tipo que se habían erigido jamás.
... Una característica distintiva de este viaducto es que las vigas transversales o distanciadoras [16] de los pilares rodean las columnas, que se levantan en ese punto, y las vigas se perforan para ajustarse a 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 de hierro forjado verticales y horizontales colocados, son casi tan rígidos como si fueran una sola pieza sólida...
.... El montaje se hizo con máquinas especialmente diseñadas para este fin y terminaron el trabajo con precisión matemática. Las alas de la columna estaban todas orientadas hacia arriba y sus bordes torneados, y cada columna se colocó en la de abajo con un labio de aproximadamente 5/8 de pulgada [17] de profundidad, el labio y el casquillo para ello fueron torneados y perforados. La parte de la columna contra la que descansaban las vigas transversales también fue torneada. Todas estas operaciones se realizaron de una sola vez, centrando la columna en un torno de mandril hueco. Después de ser torneadas, las columnas pasaron a una máquina perforadora, en la que se perforaron simultáneamente todos los agujeros en cada ala del sólido. Y como esto se hizo con todas ellas en la misma máquina, los agujeros, por supuesto, coincidieron perfectamente cuando las columnas se colocaron una sobre otra en el progreso de la erección. Se tuvo un cuidado similar con las vigas transversales, que se perforaron en los extremos con máquinas diseñadas para ese propósito. De esta manera, cuando hubo que unir las piezas del viaducto en el lugar de construcción, no fue necesario literalmente ninguna herramienta, ni tampoco limaduras ni limaduras que retrasaran el avance de la obra. [18]
O bien, dijo el presidente, el viaducto de Belah había sido diseñado en exceso, o bien el puente Tay había sido diseñado en forma insuficiente. [19]
Mientras Bouch estaba en el proceso de revisar su diseño, la compañía a la que se le 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 la herrería para el viaducto de Belah. [2] [21] [22] Gilkes originalmente tenía la intención de producir toda la herrería del puente en Teesside, pero finalmente continuó utilizando una fundición en Wormit para producir los componentes de hierro fundido y para llevar a cabo operaciones limitadas de mecanizado posterior a la fundición. [ cita requerida ]
El cambio de diseño aumentó los costes y provocó retrasos, que se intensificaron después de que dos de las vigas altas cayeran al ser elevadas a su lugar durante la noche del viernes 3 de febrero de 1877. [3] [23]
Había que quitar las vigas caídas y construir otras nuevas [24] y volver a erigir los pilares, lo que amenazaba seriamente con interferir en la expectativa de tener el puente terminado para el paso de un tren en septiembre. Ahora sólo se disponía de ocho meses para erigir y flotar seis tramos de 75 m y levantar diez de ellos. Cinco y siete de los tramos de 44 m todavía tenían que pasar por el mismo proceso, respectivamente. Todavía había que construir siete pilares 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 esto pudiera hacerse en ocho meses. Mucho dependería del tiempo, pero éste estaba lejos de ser favorable [3] .
A pesar de ello, la primera locomotora cruzó el puente el 22 de septiembre de 1877 y, cuando se terminó de construir a principios de 1878, el puente Tay era el más largo del mundo. Durante su visita a la ciudad, Ulysses S. Grant comentó que era "un gran puente para una ciudad pequeña".
Al igual que todas las líneas ferroviarias del Reino Unido, el puente Tay fue sometido a una inspección de la Junta de Comercio antes de que pudiera transportar trenes de pasajeros. La inspección fue realizada entre el 25 y el 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 75 m (245 pies) bajo una carga distribuida de 1,5 toneladas por pie (5 t/m) debido a locomotoras pesadas, que viajaban a una velocidad de hasta 64 km/h (40 mph), en menos de 51 mm (2 pulgadas). Informó que "estos resultados deben considerarse, en mi opinión, satisfactorios. La oscilación lateral [aproximadamente, movimiento rítmico de lado a lado], observada por el teodolito cuando las locomotoras funcionaban a gran velocidad, era leve y la estructura en general mostraba una gran rigidez". [26]
Hutchinson exigió que se realizaran algunas obras menores de reparación y también emitió una "recomendación" para imponer un límite de velocidad de 40 km/h (25 mph) al tráfico que pasara por el puente. [27] Posteriormente, Hutchinson explicó a la Comisión que había sugerido este límite de velocidad debido a la mínima inclinación de los pilares. El informe de inspección añadió: "Cuando vuelva a visitar el lugar, me gustaría, si es posible, tener la oportunidad de observar los efectos del viento fuerte 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 la ceremonia de inauguración el día anterior, durante la cual Thomas Bouch fue nombrado burgués de Dundee "en reconocimiento 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 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 fuertes vendavales invernales. Un tren con seis vagones que transportaban 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 provocó una conmoción en la comunidad de ingenieros victorianos. La investigación posterior reveló que el diseño del puente no se había adaptado a los fuertes vientos. En el momento del derrumbe, un vendaval estimado en fuerza diez u once (vientos con fuerza de tormenta tropical: 55-72 mph (89-116 km/h)) había estado soplando por el estuario del Tay en ángulo recto con el puente. La locomotora del tren ( North British Railway n.º 224 ) fue rescatada del río y posteriormente restaurada para el servicio en el ferrocarril. [ cita requerida ]
El derrumbe del puente, a pesar de que se había abierto solo diecinueve meses antes tras ser declarado seguro por la Junta de Comercio , tuvo un efecto a largo plazo en la sociedad en general. Según algunos comentaristas, todavía se considera el desastre de puente más notorio que haya ocurrido en las Islas Británicas. El desastre se conmemoró en " El desastre del puente de Tay ", uno de los escritos en verso más conocidos de William McGonagall . Hoy en día, los tocones de los pilares originales del puente todavía son visibles sobre la superficie del Tay, incluso con 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 a sus hombres en el desastre. El musical ha tenido varias producciones posteriores, incluidas tres funciones con entradas agotadas en el Teatro Dundee Rep. [ cita requerida ]
Casi inmediatamente después del accidente 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 de North British Railway (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 presión sustancial para que se consideraran los factores de seguridad a la luz de la pérdida del puente anterior, incluida la necesidad de examinar la idoneidad de la ubicación. [32] En respuesta a esta pregunta, el Sr. Walker, el gerente general de North British Railway, manifestó su opinión de que no había un sitio más adecuado que el que se había elegido, enfatizando el intercambio relativamente grande de tráfico en el área y la importancia de hacer que la línea fuera lo más directa posible en la práctica. Además, varios testigos locales, entre los que se encontraban varios comerciantes importantes 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 propuesta de diseño 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 habría utilizado mampostería arqueada para unir los elementos antiguos y nuevos por igual. Sobre estos cimientos, se colocaría una plataforma de ladrillo que fuera lo suficientemente ancha como para soportar dos juegos de vigas, así como un diseño de doble vía. [32] Brunlees propuso que la vía permanente se colocara sobre 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 el canal, tendría mucha menos exposición al viento y mayor rigidez lateral que las vigas del primer puente. [32] Las vigas también se habrían duplicado, para poder resistir 200 libras (91 kg) por pie cuadrado de presión del viento, mientras que los pilares, tal como estaban diseñados, debían poder resistir una presión de 900 libras por pie cuadrado. En general, la estructura propuesta por Brunlees habría tenido una mayor resistencia para resistir la presión lateral que la original. [32] Esta propuesta tenía un coste total estimado de 356.323 libras esterlinas. Aunque se consideró detenidamente, la Junta de Comercio consideró que la práctica de conectar el antiguo puente a un nuevo diseño era peligrosa. Rechazó tanto el diseño propuesto como la factura general. [32]
El North British Railway, que daba gran importancia a la conexión entre Fife y Forfarshire, se comprometió a desarrollar un diseño viable. [32] Durante agosto de 1880, se consultó al destacado ingeniero ferroviario William Henry Barlow , de Barlow & Sons, Londres, sobre el asunto. Después de los experimentos con los restos del primer puente, Barlow dio su opinión de que las partes intactas debían abandonarse a favor de una nueva estructura que se extendiera entre las dos orillas. [32] Adoptando esto como base para su próxima 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 emitidas, 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 decidieron abstenerse de utilizar principios de ingeniería no probados, y en su lugar optaron por adherirse estrictamente a la metodología establecida. [32]
El segundo puente Tay es un puente sencillo de pilares y 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 tramos. Estos tramos son arcos de ladrillo ordinarios, respaldados por hormigón de cemento y colocados sobre pilares que están sostenidos por pares de columnas. [32] Con el objetivo 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 una forma estéticamente agradable siempre que sea posible sin comprometer la resistencia estructural. [32]
Los pilares, que están construidos principalmente de ladrillo y hormigón, están encerrados por un cajón de hierro forjado hasta la marca de bajamar, por encima de la 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 pleamar, 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 debilitar los pilares. Como tal, se adoptó una elegante superestructura de hierro. [32]
Por encima de la mampostería, dos columnas octogonales firmemente arriostradas continuaban hacia arriba para encontrarse con los miembros internos en forma de arco. [32] Se utilizaron otros miembros para proporcionar una base para las vigas y proporcionar un pilar sustancial que quitara gran parte de su peso del área de la base. 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 tensión de 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 también protege en cierta medida a los trabajadores. [32]
El 9 de marzo de 1882 comenzaron las obras del segundo puente, situado a 18 metros (59 pies) aguas arriba y en paralelo al puente original. [32] Las primeras partes del puente que se erigieron se construyeron en la orilla sur; las obras continuaron durante algún tiempo antes de que se iniciaran las actividades de construcción en la orilla norte. [32] A pesar de esto, la mayor parte del puente se erigió simultáneamente en ambos extremos, continuando hasta que se conectaron las vigas centrales y se completó la unión. Solo algunas de las vigas del antiguo puente se reutilizaron para la nueva estructura, y ninguna se utilizó sin ser sometida a pruebas considerables de antemano. [32] Se cree que catorce hombres murieron durante la construcción del puente, la mayoría por ahogamiento. [ cita requerida ]
En la construcción del puente se emplearon grandes cantidades de materiales. En cuanto al hierro forjado, se emplearon 16.300 toneladas para los pilares y las vigas; si se incluyen también las 118 vigas del puente anterior, se cree que el peso total asciende a unas 19.000 toneladas. [32] También se emplearon 3.500 toneladas de acero, mientras que los elementos de hierro fundido de los pilares pesan 2.500 toneladas, lo que supone un total de 25.000 toneladas de hierro y acero. Se emplearon alrededor de 10 millones de ladrillos, con un peso combinado de 37.500 toneladas, para construir tanto los accesos al puente como los cilindros. [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 coste estimado del segundo puente fue de 640.000 libras esterlinas, equivalentes a 84.266.666,67 libras esterlinas en 2023; aunque esta cifra fue superior a la prevista, no resultó ser demasiado optimista. Cuando se desglosa el trabajo de construcción, se calculó que la cimentación de los pilares costó 282.000 libras esterlinas, la instalación de las vigas y parapetos 268.000 libras esterlinas, mientras que se invirtieron 90.000 libras esterlinas en la producción de los accesos y arcos. [32] Se habían incurrido en algunos costes adicionales de aproximadamente 16.000 libras esterlinas para mejorar el acceso al puente desde Newport; se reconstruyó la línea secundaria a lo largo de una distancia de media milla hacia el este. Cuando se combinó con el coste de 350.000 libras esterlinas del primer puente Tay, el North British Railway había gastado aproximadamente un millón de libras esterlinas para tender el 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 objetivo 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 eran muy superiores a las que probablemente se encontrarían durante toda su vida útil. Según los informes presentados, los resultados de estas pruebas fueron satisfactorios y despejaron 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 coincidió 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 ha permanecido en uso hasta el día de hoy. Para proteger la estructura de sufrir daños, se restringe la circulación simultánea de locomotoras 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 vagones de barrera o de alcance. [35]
En 2003, un proyecto de refuerzo y renovación del puente valorado en 20,85 millones de libras ganó el Premio de Ingeniería Civil de la Industria de la Construcción Británica , en consideración a la asombrosa escala y la logística involucrada. Más de 1.000 toneladas métricas (1.100 toneladas cortas) de excrementos de pájaros fueron raspadas de la celosía de hierro del puente usando herramientas manuales y empacadas en sacos de 25 kilogramos (55 libras). Al mismo tiempo, cientos de miles de remaches fueron removidos y reemplazados, todo lo cual fue realizado por trabajadores que estaban en condiciones expuestas mientras se encontraban en lo alto de un estuario con mareas rápidas. [ cita requerida ]
En el puente Tay está prohibido el doble rumbo... si se proporciona asistencia desde el frente... se debe dejar una distancia de al menos 60 pies entre
