Puente ferroviario del Firth of Forth

nombre Firth of Forth Rail Bridge • fecha de construcción 1890 (Siglo XIX) • personas involucradas en diseño y construcción Benjamin Baker, John Fowler • ubicación Firth of Forth, Queensferry, Edimburgo, Escocia, REINO UNIDO • tipología Puente Cantilever • estado En uso

La Revista de Obras Públicas escribía en 1890:

El día 4 del corriente mes, a las 12.30 de la tarde, llegaba a Edimburgo un tren que conducía al príncipe de Gales, su hijo Jorge, los duques de Edimburgo y Fife, el general Elliott y gran número de altos funcionarios. La estación se hallaba lujosamente engalanada. Fue un momento solemne aquel en que la locomotora seguida del tren real penetró pausadamente en el puente. La muchedumbre, que era inmensa, lanzó un ¡hurra! formidable al llegar el tren al extremo opuesto.

En la misma revista, y en el mismo año, se indica:

Nos proponemos dar a nuestros lectores una sucinta idea del gigantesco puente construido sobre el golfo de Forth, cerca de Edimburgo, que ha llamado tan poderosamente la atención del mundo científico durante el curso de su interesante construcción, y que bien puede asegurarse ha colocado el nombre de su autor, Mr. B.Baker, a la envidiable altura de los Brunel y de los Stephenson.

El puente está emplazado a unos 12 km al oeste de Edimburgo y tiene por objeto establecer la continuidad en la vía férrea que desde ese punto se dirige al Norte de Escocia suprimiendo los trasbordos en el golfo que durante algún tiempo se han verificado por medio de barcas. Este puente, junto con el que salva el golfo de Tay permite enlazar directamente Edimburgo y el Norte de Inglaterra con Dundee y Aberdeen, evitando el rodeo de 45 km que supondría contornear los golfos por Stirling y Perth.

No es de extrañar, tratándose de introducir un acortamiento, siquiera sea pequeño, en un país como Inglaterra, que tan clara conciencia tiene de lo que vale el tiempo, que no se retrocediera desde un principio ante los enormes gastos y magnitud de la empresa de establecer un puente sobre el golfo.

En 1865 la compañía del North British Railways obtuvo la primera concesión para construir un puente sobre el Forth, donde el golfo ofrece un ancho mucho más considerable que el que se ha salvado posteriormente con el emplazamiento definitivo. Fue encargado de la redacción del proyecto Sir Thomas Bauch, el desgraciado autor del puente del Tay.

Constaba el puente de cuatro grandes tramos de 152 metros de luz, que junto con otros de menor importancia sumaban la longitud extraordinaria de 3.500 metros.

Los sondeos mostraron que la capa de fango que recubría el fondo del canal contaba unos 36 metros de profundidad, lo que dificultaba extraordinariamente las fundaciones de los apoyos, y fue desestimado

En 1873 apareci6 un nuevo proyecto del mismo autor, que mereció la aprobación del parlamento, y que a no dudar seria el que se hubiese llevado a la práctica si el famoso accidente del Tay no hubiese venido a infundir muy justos temores, obligando a suspender los trabajos para revisar detenidamente las condiciones del proyecto. Consistía este en un atrevido puente colgado, rígido, de dos claros de 488 metros cada uno, con torres de 167 de altura sobre la marea alta destinadas a soportar los cables de suspensión. La torre central contaba 152 metros de ancho y las dos vías se hallaban separadas 30 metros de eje a eje para permitir el establecimiento de un fuerte arriostrado horizontal entre los dos tableros. Se estimaba la acción del viento en 50 kilogramos por metro cuadrado y se suponía una carga móvil de 600 toneladas.

La contrata se adjudicó a Mrs. Arrol y Vickers por la suma de 28.900.000 pesetas. Suspendidos los trabajos por la causa antes indicada, se nombró una comisión compuesta de los ingenieros Mrs. Harrison, Barlow y Sir John Fowler, con objeto de que estudiaran la estabilidad probable del puente de Bauch y propusieran las modificaciones que fuera necesario introducir en él. En el informe emitido por los citados Ingenieros se puso de manifiesto la necesidad de modificar de un modo radical, en lo sucesivo, las ideas universalmente admitidas acerca de la presión del viento, debiendo elevarse la cifra de 50 kilogramos por metro cuadrado antes aplicada, a la de 273, es decir, unas 5,5 veces mayor. Se propuso al mismo tiempo aumentar la carga móvil de 600 toneladas a 1.600.

El exceso de coste que estos nuevos elementos exigirían se estimó en unos 16.000.000 de pesetas, en vista de lo cual se resolvió abandonar la obra. Estaban, sin embargo, las Compañías férreas del Norte de Inglaterra demasiado interesadas en asegurar una comunicación directa con el Norte de Escocia, para que desistieran fácilmente de ver realizado su propósito, y decidieron acudir de nuevo a sus ingenieros para que informaran acerca de la posibilidad de cruzar el golfo como y donde se pudiera. El resultado del informe fue aconsejar a las compañías la conveniencia de abrir un concurso de proyectos, para el cual fijaban las condiciones, partiendo de la base de que el emplazamiento debía hallarse en Queensferry, donde el canal tiene 1.600 metros de ancho, con la circunstancia muy favorable de encontrarse con el centro la isla de Inch Garvie, que divide aquél en dos brazos de 500 metros aproximadamente. Este emplazamiento, en realidad, venia a ser el único aceptable, pues el golfo se ensancha considerablemente a derecha e izquierda de Queensferry para no ofrecer estrechamiento notable hasta muy cerca de Stirling.

Las condiciones del concurso eran las siguientes:

Proyectar un puente rígido para ferrocarril de doble vía que pudiera:

1.- Soportar dos trenes de una tonelada de peso por pie lineal, o sean 3.328 kilogramos por metro corriente, colocados uno sobre cada vía y de longitud ilimitada.

2.- Soportar sobre cada vía un tren formado con dos locomotoras con sus tenders, de 71 toneladas, a la cabeza y 60 vagones para carbón de 15 toneladas cada uno.

3.- Permitir el paso de trenes express marchando a la velocidad de 100 km por hora.

4.- Resistir a los más fuertes temporales, lo mismo durante el montaje que después de su terminación, admitiendo que la presión ejercida por el viento fuera de 56 libras por pie cuadrado (273 kilogramos por metro cuadrado aproximadamente).

5.- Dejar libres bajo el puente una altura y un ancho tales, que con las mareas más altas, los mayores navíos de vela pudieran pasar fácilmente sin necesidad de verificar maniobra alguna preparatoria.

6.- Una vez cumplidas todas estas condiciones, no debía trabajar el acero (metal del que se compondría el puente) a más de 10,5 kilogramos por milímetro cuadrado en ningún punto de la construcción.

Cuatro fueron los proyectos que se presentaron al concurso. Tres de ellos pertenecían al tipo de puentes colgados, en que los cables estaban constituidos por fuertes vigas, trianguladas y arriostradas convenientemente.

El cuarto proyecto, presentado por sir John Fowler y Benjamin Baker, que fue el adoptado, era un puente grúa o cantilever.

Sabido es que se conoce con este nombre (en inglés Cantilever system) aquellos puentes en que los apoyos intermedios van ensanchando hacia su parte superior en sentido longitudinal del puente y a uno y a otro lado de su eje de simetría, constituyendo un todo perfectamente equilibrado y asemejando en su conjunto a dos grúas adosadas o grandes ménsulas sobre las que vienen a descansar los tramos contiguos, que no, necesitan de este modo tener toda la luz que en realidad se salva. Este sistema ofrece, grandes ventajas cuando se trata de salvar luces considerables, es decir, cuando el peso propio del puente se convierte en el factor importante, pues entonces permite realizar, un mínimo de materia. Así se comprende cuán acertados estuvieron los autores del proyecto al proponer un puente de este sistema para el paso del Forth, en donde era necesario emplear tramos de una longitud mayor que la del mayor tramo conocido.

El proyecto fue aprobado por el Parlamento en 1882, dando principio a las obras en los primeros meses del año 1883.

Hora es ya de que entremos en su descripción. Se compone de dos viaductos de acceso de 10 y 5 tramos respectivamente, cuyas luces varían de 51,24 metros a 54,60, y del puente grúa propiamente dicho. Este tiene cuatro claros; dos de 520,90 metros y otros dos de 210,35 m. La longitud total del puente es de un poco mas de milla y media, esto es, 2.468,02 metros, correspondiendo 1.630,10 metros al puente grúa, y el resto de 837,92 metros a los viaductos de orilla. No nos ocuparemos de estos últimos, que nada ofrecen digno de mención, y estudiaremos solo la que se refieren al primero.

APOYOS

Los tres apoyos centrales sobre los que descansa el puente grúa, se componen de dos partes bien definidas, una de mampostería y otra de hierro. La primera está constituida por cuatro pilares cilíndrico-cónicos, cuyos centros marcan los vértices de un rectángulo de 36,60 metros por 47,27 metros en los apoyos extremos, y de 36,60 metros por 82,34 metros en el central. Las dimensiones de cada pilar son 21,35 metros do diámetro en la base y 14,95 metros de diámetro en el vértice

Estas pilas se terminan a unos 5,40 m por encima de las altas mareas. Sobre ellas viene a insistir la segunda parte del apoyo, o sea la de hierro, de una forma general se tendrá perfecta idea imaginando un inmenso tronco de pirámide de base igual a la del rectángulo que forman los centros de los pilares, asentado sobre ellos, y de una altura de 105 m aproximadamente, al cual vinieran a adosarse por dos de sus caras laterales y opuestas otros dos troncos de pirámide de 208 m de altura, de tal modo que aquellas constituyeran sus bases. Estos troncos así dispuestos dan clara idea de las ménsulas. Acerca de las distintas piezas de que se compone este inmenso armazón de hierro, diremos, de un modo general, que las que trabajan a compresión tienen la forma tubular, y las que resisten a la tracción son vigas de celosía de sección rectangular.

La base de las partes metálicas de las pilas está formada por un cuadro rígido, compuesto en el sentido longitudinal del puente, de tubos, y en el sentido transversal, de vigas de sección rectangular. Los tubos tienen 79,30 m de longitud en la pila central, y 44,22 m en las otras dos. Las vigas transversales tienen 36,60 m de longitud.

TRAMOS

En los extremos de estas ménsulas vienen a apoyarse en las mismas condiciones que si reposaran sobre pilas ordinarias dos grandes tramos de 100,24 m de longitud, compuestos cada uno de dos vigas parabólicas en celosía que tienen respectivamente 15,25 metros de altura en el centro y 12,20 metros en sus extremidades. Estos tramos salvan las luces correspondientes a ambos lados del apoyo central, que son las únicas que quedan por salvar, pues las ménsulas del lado de las orillas descansan directamente sobre los estribos.

ESTABILIDAD DEL PUENTE

Para asegurar el equilibrio de los apoyos sobre su base, habría que tener en cuenta dos elementos. Primero, las desiguales condiciones en que se hallaban los de las orillas que recibían por uno de sus extremos el peso de medio tramo, mientras que el otro permanecía libre, y segundo, la acción que iba a ejercer la sobrecarga móvil. A estas dos consideraciones se atendió, colocando un lastre de mil toneladas en las ménsulas que terminan el puente grúa. Para el apoyo central el equilibrio sin sobrecarga se realizaba por el hecho mismo de su simetría. Como por otra parte no se quería que la unión de la mampostería con el hierro tuviera que resistir a esfuerzos transversales y de tracción, hubo necesidad de aumentar la anchura en la base de este apoyo, a fin de que la resultante de los pesos pasara siempre por el núcleo central de la base de sustentación.

Para tener en cuenta la flexión que tomaría el puente una vez puesto en servicio, se dio a las ménsulas de los grandes tramos un peralte de 254 milímetros en su extremidad libre. Para obtener este resultado era preciso no perder de vista la flexión propia de la construcción, y en su consecuencia, una vez hechos los cálculos necesarios se establecieron las diversas piezas como si tuvieran que alcanzar una altura de 508 mm por encima de la horizontal.

DILATACIONES

Los tramos correspondientes a los viaductos de acceso descansan sobre placas que les permiten deslizar libremente. En los tres apoyos centrales era preciso contar con los efectos de la temperatura en el sentido longitudinal y en el transversal del puente. A este efecto, sólo se ha fijado de un modo invariable la parte de hierro a la de fábrica en algunos puntos de algunos pilares. En los dos claros centrales, la dilatación se ejercería sobre longitudes de 521,55 m y 600,85 m, y alcanzaría las cifras de 193 mm y 219 mm. Se ha dispuesto la construcción de modo que estos movimientos pueden verificarse libremente con una amplitud doble de la indicada.

EJECUCIÓN DE LOS TRABAJOS

En la orilla sur, o sea del lado de Queensferry, se levantaron talleres provistos de toda clase de máquinas útiles, entre ellas una prensa hidráulica de cuatro cilindros, que podía desarrollar un esfuerzo de 1.000 toneladas, destinada al encurvado de los palastros de los tubos. Un edificio especial contenía grandes acumuladores hidráulicos que distribuían la presión de 70 atmósferas a los talleres y hasta la gran pila sur. Una fábrica de luz eléctrica mantenía en actividad 80 lámparas de arco voltaico de 3.000 bujías y 500 lámparas de incandescencia. Allí se establecieron las viviendas y oficinas de los ingenieros y empleados de la compañía, como también las de los contratistas; se construyeron casas para obreros, se abrieron cantinas y grandes almacenes, levantóse una iglesia. En una palabra, se constituyó una gran población.

Los talleres se ligaron con vías al camino de hierro del North British Railways, y un plano inclinado en la orilla les permitia alcanzar el apoyo Queensferry; desde allí los materiales se transportaban por medio de barcas a la isla Garvie y al apoyo Fife. En la isla se montaron también acumuladores hidráulicos y otra fábrica de luz eléctrica.

FUNDACIONES Y MONTAJE DEL PUENTE

El terreno que forma las dos vertientes y el lecho del golfo en el lugar de su emplazamiento se compone de rocas esquistosas aparentes hasta la sexta pila del primer viaducto; a continuación de una capa de fango y otra de arcilla, cuyo espesor no se llegó a determinar, y hacia la mitad del golfo emergen las rocas basálticas de la isla Garvie, que perdidas al llegar al centro del segundo canal por estar recubiertas de arcilla y fango, vuelven a aparecer en la orilla norte.

Con terreno de tal naturaleza se comprende que no ofreciera dificultad ninguna la fundación de las pilas del viaducto Queensferry. Las fundaciones eran directas y podían hacerse en seco: bastó, por consiguiente, nivelar la roca y asentar desde luego la mampostería. Empleóse el granito de Aberdeen para los paramentos y sillería de los ángulos, y basalto de la localidad para el relleno interior. La construcción se suspendió al llegar a 12,20 m de altura sobre el nivel del agua, para continuarla más tarde.

En el viaducto del lado opuesto, las condiciones del terreno eran análogas y pudieron también fundarse las pilas directamente sobre la roca. Sólo para las cuatro últimas hubo necesidad de recurrir a sencillas ataguías formadas por un doble recinto de tablestacas con relleno intermedio de arcilla, en las que se agotó fácilmente, sin que se presentara particularidad digna de mención. La piedra empleada fue la misma que para el viaducto del lado Queensferry, y la altura alcanzada por las pilas en este primer periodo de la construcción fue también de 12,20 m por encima del nivel del agua. En análogas circunstancias se fundaron los cuatro pilares del apoyo Fife.

Para los pilares sudeste y sudoeste del pilar Inch-Garvie se había pensado recurrir en un principio al empleo de cajones sin fondo de doble pared, recortados en su parte inferior de modo que se aplicaran exactamente al terreno. La inclinación de éste era muy fuerte en los dos emplazamientos. Los cajones debían conducirse por medio de flotadores, y una vez asentados sobre la roca y rellenos de hormigón los espacios anulares de las paredes, había que tratar de hacer impermeables las juntas con el terreno, empleando al exterior sacos de hormigón y cemento líquido que los ligara a los palastros. Este procedimiento, que recuerda al empleado por Brunel en el puente de Saltash, no satisfació por completo a los ingenieros; tener que agotar en una altura de 22 m para escalonar un fondo que se presentaba tan inclinado era operación difícil y de éxito más que dudoso. Entonces se aceptó la proposición hecha por Mr. L. Coiseau, que consistía en el empleo combinado de los cajones y del aire comprimido y de un sistema especial para el asiento de aquéllos en la roca.

Los nuevos cajones terminaban en su parte inferior por una sección normal al eje vertical del mismo, diferenciándose en esto de los anteriores, que debían seguir las sinuosidades del terreno como se ha dicho. Para colocarlos en obra era preciso levantar un suelo artificial que los mantuviera en la debida horizontalidad y les permitiera conservar esta posición a medida que se fuera desmontando la roca y verificara su paulatino descenso. A este fin se llenaron de arena unos 50.000 sacos y se formó con ellos un murete circular, cuya coronación se hallaba un metro por encima del punto más alto de la roca.

El filo del cajón ofrecía, a la distancia de un metro de su extremo inferior, una banqueta circular destinada a contener el movimiento de hinca del cajón en los sacos; de modo que una vez colocado aquel sohre el murete y lastrado con la cantidad de hormigón necesaria para contrarrestar la presión del aire comprimido, viósele descender en marea baja a traves de los sacos hasta que éstos alcanzaron la banqueta al mismo tiempo que una parte del filo veía a apoyarse en el terreno natural. Empleóse el aire comprimido para desalojar el agua, y fuese desmontando la roca por medio de la tonita (especie de algodón pólvora que produce muy poco humo), mientras se daba salida a la arena de los sacos con objeto de que el cajón fuera descendiendo lentamente y sin perder la horizontalidad. Por este procedimiento se llegó a asentar el cajón sobre una superficie horizontal, y una vez rellenos de hormgón la cámara de trabajo y la parte superior del mismo pudo continuarse la obra sin ninguna dificultad. Las profundidades alcanzadas fueron de 22,87 y 25,01 metros bajo la marea alta para cada uno de los pilares sudeste y sudoeste respectivamente. Las bombas empleadas fueron dos, centrífugas, de 6.000 a 7.000 litros de desalojo por minuto.

En el apoyo Queensferry se fundaron los cuatro pilares sobre cajones de doble pared e empleando el aire comprimido. Nada hubiera turbado la marcha regular de 1os trabajos si el terreno, compuesto de una capa de arcilla de espesor indefinido, no hubiera opuesto una resistencia tan extraordinaria a ser desagregado, que la dinamita apenas sí dejaba sentir sus efectos. Había, pues, necesidad de recurrir a nuevos medios, y entonces se pensó en utilizar la presión hidráulica de que se disponía para hacer funcionar una pala ideada por Mr. Coiseau, reducida a un cilindro de hierro con su émbolo y varilla, en cuyo extremo se hallaba fijo el útil o pala. Tomando como punto de apoyo el techo de la cámara de trabajo, e inyectando el agua dentro del cilindro, se consiguió introducir la pala dentro del terreno 0,30 metros. La presión ejercida en el filo de ésta se calculó en unos 60 kilogramos por centímetro cuadrado.

Los operarios trabajaron en los cajones sin sentir molestia alguna hasta que la presión llegó a dos atmósferas. A partir de este momento fueron cayendo enfermos muchos de ellos: algunos de gravedad, debido, sin duda, no tan solo a la presión que excedió de tres atmósferas, sino también y principalmente, a un gas que se desprendía del terreno, ofreciendo la particularidad de inflamarse sin producir detonación. Este contratiempo exigió renovar las brigadas tres y cuatro veces en las diez, horas ordinarias de trabajo.

En todos estos trabajos se utilizó la electricidad para la iluminación de las cámaras y para dar fuego a las materias explosivas. La extracción de los productos se verificó por medio de tornos y grúas de vapor. El tiempo invertido en las fundaciones fue por término medio de 6 a 9 meses.

MONTAJE

El de los tramos de los dos viaductos de acceso se verificó directamente por medio de grúas cuando las pilas no tenían más altura que la de 12,20 metros en que, según dijimos, habíase suspendido su construcción. Una vez montadas por completo las vigas do los tramos, fuéronse elevando con criks hidráulicos y en espacios sucesivos de 1,83 metros para dar lugar a la terminación de las pilas, cuya altura definitiva era de unos 116 metros. Este procedimiento, muy seguro como ejecución, debió salir poco económico, y hubiera dado quizá mejor resultando operar por lanzamiento después de terminada la construcción de las pilas.

El montaje de los tres apoyos centrales comenzó a un mismo tiempo en el año 1886. Las piezas inferiores se fueron montando con grúas hasta la altura de 2,5 metros por encima de la mampostería, y a partir de este punto se continuó la operación instalando las grúas con todos los accesorios necesarios en una plataforma formada con las piezas que debía llevar el apoyo en su parte superior. Esta plataforma, que descansaba en los cuatro grandes tubos que constituyen las aristas del tronco de pirámide central, se fue elevando por medio de prensas hidráulicas a medida que avanzaba la operación del montaje. Para enlazar la plataforma a los tubos de modo que fuera fácil fijarla con la debida resistencia después de cada una de las ascensiones sucesivas, se empleó el método siguiente: al tiempo de montar los anillos de los tubos, dejaban de ponerse los palastros correspondientes a los extremos de un diámenter paralelo al eje longitudinal del puente, y en ese claro, y descansando sobre los palastros del anillo inferior, colocábanse dos de las vigas que constituían el bastidor de la plataforma. Como cada elevación parcial salvaba la altura de un anillo, una vez alcanzada podía terminarse el montaje de éste, y entonces se hacía insistir sobre él el peso sostenido hasta aquel momento por las prensas. El montaje de las ménsulas fue haciéndose con grúas colocadas en la parte superior ya montada, y en las vigas destinadas a soportar el tablero del puente, a cuyo efecto se llevaba siempre su construcción en avance con relación al resto. Las grúas eran de vapor e hidráulicas, y su peso de unas 50 toneladas.

Para el montaje de cada un de los tramos centrales de 106,24 m de luz, se empezó por fijar sus extremos en cada una de las ménsulas sobre que debían apoyarse definitivamente, y después se fueron montando las dos mitades en falso saliente, avanzando al mismo tiempo por ambos lados. Fue precio, para ello, ligar fuertemente la parte superior de las vigas a las ménsulas por medio de cuatro tirantes de 0,66 por 0,057 m, y hacerlas descansar sobre placas y cuñas de acero dispuestas de tal modo que las dos mitades ofrecieran una ligera inclinación sobre la horizontal acusada por un peralte de 0,089 m en el punto medio de la luz del tramo. Cuando los dos extremos se encontraron enfrente el uno del otro se procedió a la unión de sus piezas inferiores aprovechando el instante en que la dilatación producida por un máximo de temperatura produjo su mutuo encuentro. En esta disposición esperóse a que una contracción del metal permitiera quitar las cuñas que mantenían inclinadas las dos mitades, lo que una vez realizado dejo en contacto las partes superiores, cuyo enlace definitivo no ofrecía ya dificultad alguna.

Para terminar, daremos algunas cifras curiosas. La cantidad total de fábrica empleada asciende a 115.068 metros cúbicos, y el peso del acero a 54.076 toneladas.

El peso por metro corriente del puente grúa es de 31.780 kilogramos.

El precio total de la obra se elevó a 75 millones de pesetas, correspondiendo a las fundaciones unos 20 millones aproximadamente.

El precio de la parte metálica resultó a una peseta el kilogramo; a la mano de obra corresponden 173,56 pesetas por tonelada.

El trabajo, empezado en Abril de 1883, se terminó en Febrero de 1890 y el número de obreros empleados fue por término medio de 3.000, habiendo alcanzado en algunos momentos la cifra de 4.600.

La inauguración oficial tuvo lugar el 4 de Marzo del corriente año.

referencias y créditos

• ROP, Inauguración del puente sobre el Forth: 1890, 38, tomo VILI, boletín, (5): 33 34.

• ROP, Puente del Forth, A.F.: 1890, 38, tomo VILI (23): 365 368.

• ROP, Puente del Forth, A.F.: 1890, 38, tomo VILI (24): 378 384.

• Locke, Tim; Locke, Anne, Puentes del mundo. Una historia ilustrada, Tika, Madrid, 2006.

• Fotografías de Javier Fondevila Suárez

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