Puente de Tay

Las propuestas para construir un puente sobre el Tay datan de 1854, pero no fue hasta el 15 de julio de 1870 que se llevó a cabo.La Ley de Ferrocarriles del Norte de Gran Bretaña (Puente y Ferrocarriles del Tay) de 1870 (33 y 34 Vict.c. cxxxv) recibióla aprobación real. El 22 de julio de 1871 se colocó la primera piedra del puente.

El puente fue diseñado por el ingeniero Thomas Bouch , quien recibió el título de caballero tras su finalización. ^{[ 2 ]} El puente tenía un diseño de celosía, que combinaba hierro fundido y forjado . Este diseño había sido utilizado por Thomas W. Kennard en el viaducto de Crumlin, en el sur de Gales, en 1858, tras el uso de hierro fundido en el Crystal Palace . El Crystal Palace no soportaba una carga tan pesada como un puente ferroviario. Un diseño anterior de hierro fundido, el puente del río Dee , se derrumbó en 1847 debido al mal uso de las vigas de hierro fundido. Gustave Eiffel utilizó un diseño similar para crear varios viaductos de gran tamaño en el Macizo Central en 1867.

El diseño original contemplaba vigas de celosía sostenidas por pilares de ladrillo que descansaban sobre la roca madre, la cual, según las perforaciones de prueba, se encontraba a poca profundidad bajo el río. En ambos extremos del puente, la vía única discurría sobre la viga principal, la mayor parte de la cual quedaba por debajo de la parte superior de los pilares. En la sección central del puente (las vigas altas), el ferrocarril discurría por dentro de la viga principal, que se encontraba por encima de la parte superior de los pilares para permitir el paso de los veleros. Para compensar la dilatación térmica , existían conexiones no rígidas entre las vigas y los pilares.

A medida que el puente se extendía hacia el río, en diciembre de 1873, se hizo evidente que el lecho rocoso se encontraba a mucha mayor profundidad, demasiado profundo para servir de base a los pilares del puente. ^{[ 3 ]} Bouch rediseñó el puente para reducir el número de pilares y aumentar la luz de las vigas. Los cimientos de los pilares ya no descansaban sobre el lecho rocoso; en su lugar, se construyeron hundiendo cajones de hierro forjado revestidos de ladrillo en el lecho del río, retirando arena hasta que descansaron sobre la capa de grava consolidada que se había informado erróneamente como roca, y luego rellenando los cajones con hormigón. ^{[ 4 ]}

Para reducir el peso que el terreno bajo los cajones tendría que soportar, los pilares de ladrillo fueron reemplazados por pilares de esqueleto de hierro de celosía abierta. Cada pilar tenía múltiples columnas de hierro fundido que soportaban el peso de las vigas de 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 había utilizado en el viaducto de Crumlin en el sur de Gales en 1858. ^{[ 5 ]} Bouch había utilizado la técnica para viaductos, incluido el viaducto de Belah (1860) en la línea ferroviaria South Durham & Lancashire Union sobre Stainmore , pero para el puente de Tay, incluso con los cajones más grandes practicables, las dimensiones de los pilares estaban limitadas por su tamaño. El diseño de pilares de Bouch colocaba seis columnas en un hexágono, maximizando el ancho del pilar pero no el número de tirantes diagonales que resistían directamente las fuerzas laterales.

Los detalles de ingeniería del puente Tay eran considerablemente más simples, ligeros y económicos que los de los viaductos anteriores. La base mecanizada de cada sección de columna encajaba firmemente en una sección ampliada y mecanizada de la parte superior de la sección inferior. ^{[ 11 ]} La unión se aseguraba mediante pernos que atravesaban orificios coincidentes en orejetas (Crumlin ^{[ 5 ]} ) o bridas (Belah) en las dos secciones. Esta configuración de "grifo y espiga" se utilizó, aparentemente sin mecanizado, en algunas columnas de los pilares del puente Tay, pero en otras se recurrió a los pernos para asegurar la alineación correcta. En el caso de las uniones, se utilizaron pernos de menor diámetro que el que cabría en el orificio. Esto facilitó el montaje de la columna, ya que los orificios de los pernos no necesitaban alinearse exactamente antes de insertarlos. Sin embargo, esto permitió que los dos elementos, así unidos, se movieran entre sí bajo carga, debilitando la columna.

En el puente Tay, el arriostramiento diagonal se realizó mediante barras planas que iban desde la parte superior de una sección de columna en diagonal hacia abajo hasta la parte inferior de la sección de columna adyacente. La conexión superior se realizó a una orejeta que era parte integral de la fundición de la columna. ^{[ 12 ]} La conexión inferior se realizó a dos placas de eslinga atornilladas a la base de la sección equivalente en una columna adyacente. Tanto la barra como las placas de eslinga tenían ranuras longitudinales coincidentes. La barra de unión se colocó entre las placas de eslinga con las tres ranuras alineadas y superpuestas. Se introdujo un pasador a través de las tres ranuras y se aseguró. Luego se colocaron dos chavetas, cuñas de metal, para rellenar el resto de la superposición de la ranura y se introdujeron con fuerza para tensar la barra de unión. El arriostramiento horizontal se realizó mediante perfiles de hierro forjado. ^{[ 13 ]} Las distintas cabezas de los pernos estaban demasiado cerca unas de otras y de la columna para poder apretarlas fácilmente con llaves; Esto, sumado a la falta de precisión en la preparación de los tirantes de hierro en U, dio lugar a varios atajos de montaje en obra (uno de ellos descrito por un testigo de la investigación como "una de las obras más descuidadas que he visto en mi vida"). ^{[ 14 ]}

En los viaductos de Crumlin y Belah , sin embargo, el arriostramiento horizontal se proporcionó mediante robustas vigas de hierro fundido ajustadas y firmemente unidas a las columnas, y luego los arriostramientos diagonales se unieron a las vigas. ^{[ 15 ]} El presidente del Tribunal de Investigación citó extensamente un libro contemporáneo ^{[ 16 ]} que elogiaba la ingeniería detallada de los pilares del viaducto de Belah y describía el viaducto como uno de los más ligeros y económicos de su tipo que jamás se habían erigido.

...  Una característica distintiva de este viaducto es que las vigas transversales o de separación ^{[ 17 ]} de los pilares rodean las columnas, las cuales se curvan en ese punto, ya que las vigas se perforaron para ajustarse con gran precisión a la parte curvada. No se utilizó cemento de ningún tipo en toda la estructura, y los pilares, una vez terminados y con los arriostramientos verticales y horizontales de hierro forjado fijados, son casi tan rígidos como si fueran una sola pieza sólida...

... El ajuste se realizó completamente con máquinas especialmente diseñadas para tal fin, que terminaron el trabajo con precisión matemática. Las bridas de la columna se redondearon y sus bordes se tornearon, y cada columna se encajó en la inferior con un reborde de aproximadamente 5/8 de pulgada ^{[ 18 ]} de profundidad, torneado y perforado el reborde y el hueco correspondiente. La parte de la columna contra la que descansaban las vigas transversales también se torneó. Todas estas operaciones se realizaron simultáneamente, con la columna centrada en un torno de mandril hueco. Después del torneado, las columnas pasaron a una taladradora, donde se perforaron simultáneamente todos los orificios de cada brida. Como esto se hizo con todas en la misma máquina, los orificios coincidieron perfectamente cuando las columnas se colocaron una sobre otra durante el montaje. Se tuvo el mismo cuidado con las vigas transversales, cuyos extremos se perforaron con máquinas diseñadas para tal fin. Así, cuando hubo que ensamblar las piezas del viaducto en el lugar de construcción, literalmente no se necesitó ninguna herramienta, ni tampoco cincelar ni limar para retrasar el progreso del trabajo. ^{[ 19 ]}

Según el presidente, o bien el viaducto de Belah había sido sobredimensionado, o bien el puente de Tay había sido subdimensionado. ^{[ 20 ]}

Mientras Bouch estaba en el proceso de revisar su diseño, la empresa a la que se le había adjudicado el contrato para la construcción del puente, Messrs De Bergue de Cardiff , cerró sus puertas. ^{[ 21 ]} Durante junio de 1874, se emitió un contrato de reemplazo para la obra a Hopkin Gilkes and Company , sucesores de la empresa de Middlesbrough que anteriormente había proporcionado la estructura de hierro para el viaducto de Belah. ^{[ 3 ] [ 22 ] [ 23 ]} Gilkes originalmente tenía la intención de producir toda la estructura de hierro 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.

El cambio en el diseño aumentó el costo y requirió retrasos, intensificados después de que dos de las vigas altas se derrumbaran al ser izadas a su lugar durante la noche del viernes 3 de febrero de 1877. ^{[ 4 ] [ 24 ]}

Las vigas caídas debían ser retiradas y construidas otras nuevas. ^{[ 25 ]} y los pilares debían ser erigidos de nuevo; y esto amenazaba seriamente con interferir con la expectativa de tener el puente terminado para el paso de un tren en septiembre. Ahora solo se disponía de ocho meses para la construcción y flotación de seis, y el izado de diez tramos de 245 pies [75 m] . Cinco y siete respectivamente de los tramos de 145 pies [44 m] aún tenían que pasar por el mismo proceso. Siete pilares grandes y tres pequeños aún tenían que ser construidos. El peso del hierro que debía colocarse en su lugar era de 2700 toneladas largas [3000 toneladas cortas] , y parecía increíble que todo esto pudiera hacerse en ocho meses. Mucho dependería del clima, pero este estaba lejos de ser favorable. ^{[ 4 ]}   

A pesar de ello, la primera locomotora cruzó el puente el 22 de septiembre de 1877, y tras su finalización a principios de 1878, el puente de Tay era el más largo del mundo. Durante su visita a la ciudad, Ulysses S. Grant comentó que era "un puente enorme para una ciudad pequeña".

Como todas las líneas ferroviarias del Reino Unido, el puente de Tay fue sometido a una inspección del Ministerio de Comercio antes de poder transportar trenes de pasajeros. La inspección se llevó a cabo del 25 al 27 de febrero de 1878 ^{[ 26 ]} por el mayor general Hutchinson de la Inspección Ferroviaria, 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 ) , y obtuvo menos de 51 mm (2 pulgadas ) . Informó que «estos resultados, en mi opinión, deben considerarse satisfactorios. La oscilación lateral [aproximadamente, movimiento rítmico de lado a lado], observada por el teodolito cuando las locomotoras pasaban a gran velocidad, fue leve y la estructura en general mostró una gran rigidez». ^{[ 27 ]}     

Hutchinson sí 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. ^{[ 28 ]} Posteriormente, Hutchinson explicó a la comisión de investigación que había sugerido este límite de velocidad debido a la mínima conicidad de los pilares. El informe de inspección agregó: "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". ^{[ 29 ]}  

El 1 de junio de 1878, el puente de Tay se abrió al tráfico de pasajeros, ^{[ 30 ]} tras una ceremonia de inauguración formal celebrada el día anterior, durante la cual Thomas Bouch fue nombrado ciudadano de Dundee «en reconocimiento a sus meritorios servicios como ingeniero del puente  …» ^{[ 31 ]} El 20 de junio de 1879, la reina Victoria cruzó el puente a su regreso al sur tras su estancia en Balmoral ; Bouch fue presentado ante ella antes de que lo hiciera. El 26 de junio de 1879, la reina lo nombró caballero en el castillo de Windsor . ^{[ 32 ]}

La noche del 28 de diciembre de 1879, a las 19:15  , el puente se derrumbó tras ceder sus tramos centrales durante fuertes vendavales invernales. Un tren con seis vagones que transportaba a setenta y cinco pasajeros y tripulantes, que cruzaba el puente en el momento del derrumbe, se precipitó a las gélidas aguas del Tay. Las setenta y cinco personas a bordo fallecieron. El desastre conmocionó a todo el país y causó gran revuelo en la comunidad de ingenieros de Victoria. La investigación posterior reveló que el diseño del puente no había previsto la resistencia a los fuertes vientos. En el momento del colapso, un vendaval estimado en fuerza diez u once (vientos con fuerza de tormenta tropical: 55–72 mph (89–116 km/h) soplaba perpendicularmente al puente en el estuario del Tay. La locomotora ( North British Railway n.º 224 ) fue rescatada del río y posteriormente restaurada para su servicio en el ferrocarril. ^{[ 33 ] [ 34 ]} Como resultado del accidente y la difícil recuperación, recibió el apodo de «El Buzo». ^{[ 35 ] [ 36 ]}  

El derrumbe del puente, a pesar de haber sido inaugurado tan solo diecinueve meses antes tras ser declarado seguro por la Junta de Comercio , tuvo un impacto duradero en la sociedad en general. Según algunos, aún se considera el desastre de puente más tristemente célebre jamás ocurrido en las Islas Británicas. El desastre fue conmemorado en « El desastre del puente de Tay », uno de los poemas más conocidos de William McGonagall . Hoy en día, los restos de los pilares originales del puente aún son visibles sobre la superficie del Tay, incluso con la marea alta.

En 2005, el dramaturgo escocés Mike Gibb y la compositora Mairi Paton estrenaron en Dundee su musical titulado Five Pound and Twa Bairns . La obra narra la historia de tres mujeres ficticias de orígenes muy diferentes que pierden a sus hombres en una catástrofe. El musical ha tenido varias producciones posteriores, incluyendo tres temporadas con entradas agotadas en el Dundee Rep Theatre.

Segmento norte del segundo puente sobre el río Tay, donde se aprecian los restos de los pilares del puente original que sobresalen del Tay.

Casi inmediatamente después del colapso del puente de Tay, la compañía North British Railway comenzó a desarrollar planes para su reconstrucción o reemplazo. ^{[ 37 ]} Durante 1880, apenas seis meses después del accidente, el proyecto de ley de North British Railway (Puente de Tay) para la construcción de un nuevo puente fue presentado al Parlamento. El proyecto de ley fue revisado por un comité especial, presidido por Sir Lopes Massey Lopes, tercer baronet ; Lopes llamó la atención sobre la considerable presión para que se consideraran los factores de seguridad a la luz de la pérdida del puente anterior, incluyendo la necesidad de examinar la idoneidad de la ubicación. ^{[ 37 ]} En respuesta a esta consulta, el Sr. Walker, gerente general de North British Railway, declaró que, en su opinión, no había un sitio más adecuado que el elegido, enfatizando el intercambio de tráfico relativamente grande en la zona y la importancia de hacer la línea lo más directa posible. Además, varios testigos locales, entre ellos varios comerciantes importantes de Dundee, hablaron favorablemente de la ubicación propuesta. ^{[ 37 ]}

Los planos para el puente reconstruido fueron presentados por el ingeniero civil Sir James Brunlees . ^{[ 37 ]} 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 habría utilizado mampostería arqueada para unir los elementos antiguos y nuevos por igual. Sobre estos cimientos, se colocaría una losa de ladrillo lo suficientemente ancha como para soportar dos conjuntos de vigas, así como un trazado de doble vía. ^{[ 37 ]} Brunlees propuso que la vía permanente se colocara sobre los brazos superiores de las vigas. Se consideró que la adición de vigas de cuerda arqueada, 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. ^{[ 37 ]} Las vigas también se habrían duplicado para poder resistir 200 libras (91 kg) por pie cuadrado de presión de viento, mientras que los pilares, tal como se diseñaron, debían resistir una presión de 900 libras por pie cuadrado. En general, la estructura propuesta por Brunlees habría tenido mayor resistencia a la presión lateral que la original. ^{[ 37 ]} Esta propuesta tenía un costo total estimado de £356,323. Si bien se consideró cuidadosamente, la Junta de Comercio consideró peligrosa la práctica de conectar el antiguo puente con un nuevo diseño. Rechazó tanto el diseño propuesto como el presupuesto total. ^{[ 37 ]}  

El Ferrocarril del Norte Británico, que otorgaba gran importancia a la conexión entre Fife y Forfarshire, se comprometió a desarrollar un diseño viable. ^{[ 37 ]} Durante agosto de 1880, se consultó al renombrado ingeniero ferroviario William Henry Barlow , de Barlow & Sons, Londres, sobre el asunto. Tras realizar experimentos con los restos del primer puente, Barlow opinó que las partes intactas debían abandonarse en favor de una nueva estructura que uniera las dos orillas. ^{[ 37 ]} Adoptando esto como base de su siguiente propuesta, se elaboró ​​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, este fue aprobado rápidamente, ^{[ 37 ]} convirtiéndose en elLey del Ferrocarril Británico del Norte (Nuevo Viaducto de Tay) de 1881 (44 y 45 Vict.c. cxxxvii). En noviembre de 1881, se adjudicó un contrato para la construcción del nuevo puente ala empresa William Arrol & Co.de Glasgow. Para el diseño del nuevo puente, la empresa Barlow optó por no utilizar principios de ingeniería no probados, prefiriendo adherirse estrictamente a la metodología establecida. ^{[ 37 ]}

El segundo puente de Tay es un puente sencillo de pilares y vigas de celosía; aparte de su considerable longitud, carece de características distintivas. ^{[ 37 ]} Tiene una longitud total de 10 780 pies (3290 m) , cubierta por un total de 85 tramos. Estos tramos son arcos de ladrillo ordinarios, reforzados con hormigón y apoyados sobre pilares que se sostienen mediante pares de columnas. ^{[ 37 ]} Con el fin de evitar que se repitiera el destino del primer puente de Tay, una de las principales intenciones 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. ^{[ 37 ]} 

Los pilares, construidos principalmente de ladrillo y hormigón, están revestidos con un cajón de hierro forjado hasta la línea de bajamar, por encima de la cual se utiliza un revestimiento exterior de ladrillo, que impide la infiltración de agua. ^{[ 37 ]} Las partes sumergidas están revestidas con ladrillo vitrificado azul. Por encima de la línea de pleamar, cada par de pilares cuenta con una sección de mampostería de conexión que termina en la base de la superestructura. ^{[ 37 ]} Debido a la elevada proporción de mampostería en los pilares, estos eran extremadamente pesados, por lo que la empresa Barlow trabajó para minimizar el peso de la estructura sin debilitar los pilares. Por ello, se adoptó una elegante superestructura de hierro. ^{[ 37 ]}

Sobre la mampostería, dos columnas octogonales firmemente arriostradas se extendían hacia arriba para unirse a los elementos interiores en forma de arco. ^{[ 37 ]} Otros elementos se utilizaron para proporcionar una base para las vigas, lo que permitió la construcción de pilares sustanciales que aliviaron gran parte de su peso de la zona basal. Desde la finalización del Segundo Puente de Tay, la disposición de vigas de celosía se ha convertido en una característica común, adoptada casi universalmente para la construcción de puentes. ^{[ 37 ]} Esta configuración proporciona altos niveles de tensión de compresión a pesar de que las vigas son relativamente ligeras. El tablero está compuesto de acero y está rodeado a ambos lados del puente por una celosía compacta, que funciona como cortavientos y también protege en cierta medida a los trabajadores. ^{[ 37 ]}

El 9 de marzo de 1882, comenzaron las obras del segundo puente, ubicado a 20 yardas (18 m) aguas arriba del puente original y paralelo a este. ^{[ 37 ]} Las primeras secciones 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. ^{[ 37 ]} 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 haber sido sometida previamente a pruebas considerables. ^{[ 37 ]} Se cree que catorce hombres murieron durante la construcción del puente, la mayoría ahogados. 

Se utilizaron grandes cantidades de materiales en la construcción del puente. En cuanto al hierro forjado, se emplearon 16 300 toneladas para los pilares y vigas; si se incluyen las 118 vigas del puente anterior, se estima que el peso total asciende a unas 19 000 toneladas. ^{[ 37 ]} También se utilizaron 3500 toneladas de acero, mientras que los elementos de hierro fundido de los pilares pesan 2500 toneladas, lo que suma un total de 25 000 toneladas de hierro y acero. Alrededor de 10 millones de ladrillos, con un peso combinado de 37 500 toneladas, se utilizaron para construir tanto los accesos al puente como los cilindros. ^{[ 37 ]} El peso total del hormigón utilizado es de 70 000 toneladas. Además, el puente contiene alrededor de 3 000 000 de remaches . ^{[ 37 ] [ 38 ]}

El coste estimado del segundo puente fue de 640.000 libras esterlinas, equivalente a 68.760.141,7 libras esterlinas en 2025 ; si bien esta cifra se superó, no resultó ser excesivamente optimista. Al desglosar la obra, 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 la construcción de los accesos y arcos supuso 90.000 libras esterlinas. ^{[ 37 ]} Se incurrió en algunos costes adicionales de aproximadamente 16.000 libras esterlinas para mejorar el acceso al puente desde Newport; la línea secundaria se reconstruyó en un tramo de media milla hacia el este. Sumando el coste de 350.000 libras esterlinas del primer puente sobre el río Tay, el Ferrocarril del Norte Británico gastó aproximadamente un millón de libras esterlinas en la construcción del puente sobre el Tay. ^{[ 37 ]} 

Antes de entrar en servicio, la estructura terminada fue sometida a un examen exhaustivo por inspectores que trabajaban para la Junta de Comercio. ^{[ 37 ]} Con el fin de evitar que se repitiera el desastre del primer puente de Tay, el segundo puente fue sometido a pruebas rigurosas, que en algunos casos simularon condiciones muy superiores a las que probablemente se encontrarían durante toda su vida útil. Según los informes presentados, los resultados de estas pruebas fueron satisfactorios, lo que allanó el camino para su uso operativo. ^{[ 37 ]} El 11 de junio de 1887, los primeros trenes de pasajeros circularon por el segundo puente de Tay. El 20 de junio de 1887, que también coincidió con el 50.º aniversario de la ascensión al trono de la reina Victoria, el puente se abrió al tráfico general. ^{[ 37 ] [ 39 ]}

El segundo puente de Tay se ha mantenido en uso hasta la actualidad. Para proteger la estructura de posibles daños, se restringe la doble tracción de locomotoras en los trenes que lo atraviesan; se ha estipulado que algunas combinaciones de locomotoras consecutivas deben estar separadas por al menos 60 pies (18 m) mediante vagones de barrera o de alcance. ^{[ 40 ]} 

En 2003, un  proyecto de refuerzo y renovación del puente, con un presupuesto de 20,85 millones de libras esterlinas, ganó el Premio de Ingeniería Civil de la Industria de la Construcción Británica , en reconocimiento a la magnitud y la complejidad logística del proyecto. Se retiraron más de 1000 toneladas métricas (1100 toneladas cortas) de excrementos de aves de la estructura metálica del puente utilizando herramientas manuales, y se embolsaron en sacos de 25 kilogramos (55 libras) . Al mismo tiempo, se retiraron y reemplazaron cientos de miles de remaches , todo ello realizado por trabajadores expuestos a condiciones extremas, a gran altura sobre un estuario con fuertes corrientes.