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Del desastre del Tay al icono del Forth: la extraordinaria carrera de Benjamin Baker

Sir Benjamin Baker (1840 – 1907). https://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Baker_(ingeniero)

Sir Benjamin Baker (31 de marzo de 1840 – 19 de mayo de 1907) fue un ingeniero civil británico de la época victoriana y una de las figuras más influyentes de la ingeniería del siglo XIX. Nació en Keyford, actualmente parte de Frome (Somerset), hijo de Benjamin Baker, asistente principal en la ferrería de Tondu, y de Sarah Hollis. Estudió en la Cheltenham Grammar School y, a los dieciséis años, comenzó su aprendizaje en los talleres de ferrería de Messrs. Price y Fox, en Neath Abbey. Tras completarlo, trabajó durante dos años como asistente de W. H. Wilson, antes de trasladarse a Londres, donde inició una larga colaboración con Sir John Fowler. En 1861 comenzó a trabajar como su asistente y en 1869 se convirtió en su jefe de ingenieros. En 1875, se hizo socio. Ese mismo año, asumió la responsabilidad de la construcción del ferrocarril subterráneo de distrito entre Westminster y la City de Londres y, pronto, fue consultado para otros proyectos de líneas subterráneas que empleaban túneles tubulares profundos de hierro fundido, tecnología que se convertiría en un estándar para el desarrollo del metro de Londres. También participó en la construcción del Ferrocarril Metropolitano de Londres y, en paralelo, colaboró en el diseño del tren elevado de Nueva York, inaugurado en 1868 y del que aún se conserva una parte como paseo peatonal.

Ya en esta etapa temprana, se consolidó como experto en estructuras metálicas y en obras ferroviarias urbanas, lo que lo situó en la primera línea de la ingeniería aplicada al rápido crecimiento de las grandes ciudades industriales.

Durante la década de 1860 y principios de la de 1870, Baker escribió importantes artículos sobre puentes de gran longitud y sobre vigas y travesaños, entre los que destacan los de 1867 y su serie The Strength of Brickwork, de 1872, en la que sostenía que la resistencia a tracción del cemento no debía pasarse por alto en los cálculos estructurales. En la década de 1870, publicó un libro sobre puentes ferroviarios de gran longitud que anticipó el uso generalizado del acero en grandes estructuras y demostró que este material permitía luces mucho mayores. También diseñó los muelles de Avonmouth y Hull, y proyectó tanto el barco como el dispositivo utilizado para transportar desde Egipto y volver a erigir en Londres el obelisco conocido como «Aguja de Cleopatra», que llegó al Reino Unido entre 1877 y 1878 y que actualmente se encuentra a orillas del Támesis. Su participación en el traslado de la Aguja de Cleopatra fue ampliamente comentada en la prensa técnica de la época y reforzó su reputación como ingeniero capaz de resolver problemas logísticos y estructurales de gran complejidad.

En 1879 se produjo el desastre del puente ferroviario del Tay, que se derrumbó causando numerosas víctimas. Al año siguiente, Baker fue nombrado perito judicial en la investigación oficial del accidente. Aunque actuaba en nombre del ingeniero Thomas Bouch, mantuvo su independencia profesional en todo momento. Rebatió la hipótesis de que el puente hubiera sido derribado por el viento y llevó a cabo un análisis exhaustivo de las estructuras cercanas, concluyendo que la presión del viento la noche del derrumbe no había superado las 15 libras por pie cuadrado, muy por debajo del mínimo necesario para provocar la caída. Esta intervención reforzó aún más su prestigio internacional en el ámbito de la ingeniería de puentes. A raíz de esta investigación, Baker insistió en la necesidad de criterios de cálculo más rigurosos frente a cargas de viento y en la revisión crítica de los métodos empíricos empleados hasta entonces en el diseño de grandes puentes de celosía.

Puente del Tay original visto desde el norte. https://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Baker_(ingeniero)

Poco después comenzó el proyecto que marcaría su carrera: la construcción del puente de Forth. Tras desestimarse en 1880 el proyecto original de Thomas Bouch a raíz de las conclusiones de la investigación del puente del Tay, Baker y Fowler se encargaron del diseño del nuevo puente, cuya construcción se llevó a cabo entre 1882 y 1890 bajo la dirección de William Arrol. Construido completamente en acero, se convirtió en una obra pionera y en el puente en ménsula más grande del mundo. Con una longitud total de 2528,6 metros, tramos principales de 521,2 metros y torres de 104 metros de altura, el proyecto fue sin precedentes. Se utilizaron más de 55 000 toneladas de acero, 18 122 m³ de granito y más de ocho millones de remaches. En la obra participaron cerca de 4600 trabajadores y la cifra de fallecidos, estimada originalmente en 57, fue revisada posteriormente hasta alcanzar 98 víctimas. Baker popularizó el diseño mediante conferencias y célebres demostraciones públicas en las que utilizaba a personas para ilustrar la estabilidad del sistema en voladizo. El puente fue inaugurado el 4 de marzo de 1890 por el príncipe de Gales, el futuro Eduardo VII, quien remachó la última pieza, un remache de oro. El coste total de la obra ascendió a tres millones de libras, una cifra extraordinaria para la época. Como reconocimiento a esta hazaña, Baker fue nombrado caballero y la Royal Society lo eligió como miembro ese mismo año. Más tarde, en 1892, la Academia de Ciencias de Francia concedió a Fowler y a Baker el premio Poncelet, duplicando la cuantía para Baker, quien recibió 2000 francos. Los análisis metalúrgicos realizados en torno a 2002 confirmaron la alta calidad del acero empleado.

El puente de Forth se convirtió enseguida en un símbolo de la ingeniería victoriana y fue considerado durante décadas un paradigma de seguridad estructural, hasta el punto de emplearse como ejemplo en manuales y cursos de ingeniería de todo el mundo. Su sistema de ménsulas y anclajes, junto con el uso masivo del acero, influyó directamente en el diseño de otros grandes puentes ferroviarios y contribuyó a fijar nuevas normas de cálculo para estructuras hiperestáticas de gran luz.

Puente de Forth. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Forth

Además de su trabajo en el Reino Unido, Baker participó en numerosos proyectos internacionales. En Estados Unidos, asesoró a James B. Eads en San Luis y fue consultado para diseñar un sistema de trabajo que permitiera completar el túnel bajo el río Hudson de forma segura, cuando su construcción corría el riesgo de hundimiento. También participó en el proyecto de la torre de Watkin, impulsado en 1891 por el magnate ferroviario Edward Watkin con el objetivo de superar en altura a la Torre Eiffel. Baker fue designado para supervisar su construcción, pero los problemas económicos provocaron que las obras se detuvieran en 1895 y que la estructura, inacabada, fuera demolida en 1907. Su actuación como consultor en Estados Unidos consolidó su perfil de ingeniero “global”, capaz de intervenir en problemas que iban desde grandes puentes metálicos hasta obras subterráneas complejas bajo ríos de caudal considerable.

Entre 1898 y 1902, participó como ingeniero consultor en la construcción de la primera presa de Asuán, diseñada por Sir William Willcocks y ejecutada por la compañía de Sir John Aird. Esta obra formaba parte de los esfuerzos británicos por regular las crecidas del Nilo tras la ocupación de Egipto. La presa fue inaugurada el 10 de diciembre de 1902 por Arturo de Connaught y constituyó uno de los proyectos hidráulicos más importantes de su tiempo. Por su contribución a esta obra, Baker fue nombrado caballero comandante de la Orden del Baño (KCB). Su experiencia previa en grandes estructuras metálicas y en el análisis de cargas fue fundamental para evaluar la estabilidad de la presa frente a las variaciones extremas del caudal del Nilo.

A lo largo de su carrera, Baker escribió numerosos artículos y publicaciones técnicas y recibió reconocimientos importantes. Entre 1895 y 1896 fue presidente de la Institución de Ingenieros Civiles y vicepresidente de la Royal Society desde ese año hasta su fallecimiento. En 1899, fue elegido miembro honorario extranjero de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias y en 1902, se convirtió en miembro honorario de la Real Sociedad de Edimburgo. Su figura también se honra con una vidriera situada en el lado norte de la nave de la Abadía de Westminster. Además, se le dedicaron obituarios extensos en las principales revistas técnicas británicas, que lo presentaban como el prototipo del ingeniero victoriano: competente, práctico y, al mismo tiempo, atento al desarrollo de la teoría estructural.

Sir Benjamin Baker falleció en Pangbourne, Berkshire, en 1907, donde pasó sus últimos años. Fue enterrado en Idbury (Oxfordshire). Su legado perdura como uno de los ingenieros más brillantes y versátiles de la era victoriana, y como protagonista de algunas de las obras más emblemáticas de la ingeniería civil moderna. En la historiografía actual se le reconoce como una figura puente entre la ingeniería basada en la experiencia empírica del hierro y la ingeniería del acero apoyada en métodos de cálculo más rigurosos, y su nombre sigue asociado de manera casi inseparable al puente de Forth.

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Puentes ferroviarios de acero a finales del siglo XIX

En las últimas décadas del siglo XIX, el desarrollo de los puentes ferroviarios de acero se convirtió en uno de los pilares fundamentales de la ingeniería civil moderna. Esta evolución estuvo estrechamente relacionada con la necesidad de estructuras capaces de soportar trenes más pesados y mayores luces, y a la vez fue catalizadora de avances decisivos en la producción y uso estructural del acero. Desde los primeros arcos hasta las grandes estructuras continuas en voladizo, los puentes de acero no solo respondieron a una necesidad funcional, sino que impulsaron la transformación de la tecnología de construcción a escala global.

El puente Eads: origen del acero en la ingeniería ferroviaria

Puente Eads. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_Eads

El primer uso del acero en un puente se produjo en 1828, durante la construcción de un puente colgante en Viena (Austria), en el que se incorporaron cadenas de suspensión de acero fabricadas mediante el proceso de horno de solera abierta. El primer empleo del acero en un puente ferroviario se produjo en la construcción del puente de St. Louis, posteriormente conocido como puente Eads, entre 1869 y 1874. Este puente, que cruza el río Misisipi en Misuri, constaba de dos vanos laterales de 152 m y un vano central de 158,5 m, y supuso un hito técnico sin precedentes. Diseñado por James B. Eads, incorporó por primera vez miembros tubulares huecos en los cordones de las armaduras y empleó el método de cajones neumáticos para cimentaciones profundas, algo revolucionario para la época. Este método de construcción de pilas también fue utilizado por Brunel en la construcción del puente Royal Albert en Saltash (Reino Unido) en 1859. Thomas Telford había propuesto este método en 1800 para un puente de hierro fundido que cruzaría el río Támesis en Londres, y Robert Stephenson lo utilizó en 1846 para construir un puente ferroviario de arco de hierro para evitar el uso de cimbra en el concurrido canal del estrecho de Menai. Eads utilizó principios desarrollados por Galileo en el siglo XVII para explicar a los escépticos los fundamentos de la construcción en voladizo de arcos. Eads no tenía una formación académica en ingeniería, pero contó con la ayuda de Charles Pfeiffer para el diseño y de Theodore Cooper para la construcción.

Eads rechazó el uso del puente colgante —considerado demasiado flexible para cargas ferroviarias— y propuso en su lugar un puente de arcos de hierro fundido, sobre los cuales se dispuso una armadura adicional que aumentaba la rigidez del tablero ferroviario. En 1864, John Roebling propuso un puente colgante para este emplazamiento. La estructura generó tanto escepticismo público y mediático que, antes de su apertura, Eads realizó pruebas de carga con catorce de las locomotoras más pesadas disponibles en el país. La magnitud del proyecto fue tan grande que prácticamente agotó los recursos de la incipiente industria siderúrgica estadounidense.

Expansión de la industria del acero y el papel del ferrocarril

La demanda de puentes con mayores luces por parte de los ferrocarriles norteamericanos, junto con el aumento constante del peso de locomotoras y vagones, impulsó el crecimiento de la industria del acero. Figuras como Andrew Carnegie invirtieron decididamente en mejorar los procesos de producción del acero para conseguir materiales con mayor resistencia y ductilidad. Este impulso dio lugar, en 1879, a la construcción del primer puente ferroviario íntegramente de acero, con celosías tipo Whipple, por parte de la Chicago and Alton Railway en Glasgow, Misuri.

La transición del puente colgante al sistema en voladizos

Aunque algunos ingenieros estadounidenses siguieron diseñando puentes ferroviarios colgantes, la preocupación por su flexibilidad frente a cargas dinámicas y viento persistía. Aun así, el famoso puente de Brooklyn, finalizado en 1883, incluía dos líneas ferroviarias. Sin embargo, el aumento de la masa de las locomotoras y la necesidad de una mayor rigidez estructural provocaron el declive de los puentes colgantes como solución ferroviaria.

La solución técnica más eficaz se encontró en el diseño cantilever, o de avance en voladizo, que permitía construir grandes luces sin cimbra y con suficiente rigidez para cargas dinámicas. El primer puente ferroviario cantilever (también llamado tipo Gerber) construido en Estados Unidos fue el de la Cincinnati Southern Railway sobre el río Kentucky en 1877. En 1883, la Michigan Central and Canada South Railway completó un puente cantiléver de viga de tablero superior sobre el desfiladero del Niágara, paralelo al puente colgante ferroviario de Roebling de 1854. Poco después, en 1884, la Canadian Pacific Railway cruzó el río Fraser, en Columbia Británica, con el primer puente cantilever de acero completamente equilibrado de tablero superior.

Estas estructuras, con brazos en voladizo y tramos suspendidos, se convirtieron en la solución habitual para grandes luces, ya que permitían un diseño estáticamente determinado, rigidez adecuada frente a cargas móviles y la eliminación de la cimbra en el vano principal.

El impulso de Theodore Cooper y la estandarización del acero

En 1880, el ingeniero Theodore Cooper publicó un influyente artículo titulado The Use of Steel for Railway Bridges ante la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE), en el que promovía el uso exclusivo del acero para puentes ferroviarios. A raíz de ello, casi todos los puentes ferroviarios estadounidenses posteriores se construyeron con acero, y hacia 1895 este material también se utilizaba en otras tipologías de puentes. Para entonces, la producción de perfiles estructurales de acero para puentes ya estaba plenamente desarrollada en el país. Para 1895, las formas estructurales ya no se fabricaban en hierro, sino que se utilizaba acero de manera exclusiva.

El puente de Forth: el cantiléver monumental europeo

Puente de Forth. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Forth

En el Reino Unido, el gobierno levantó la prohibición del uso del acero en puentes ferroviarios en 1877. Una década más tarde, el ingeniero Benjamin Baker, tras estudiar numerosos puentes cantiléver estadounidenses —especialmente los de la Canadian Pacific Railway—, propuso un diseño para el puente sobre el estuario del Forth, en Escocia. Antes de esto, Baker quizá no conocía el trabajo de los ingenieros C. Shaler Smith o C. C. Schneider, quienes ya habían diseñado y construido puentes ferroviarios en voladizo en Estados Unidos. El puente de Forth, completado en 1890, se convirtió en un hito de la ingeniería europea: un gigantesco puente cantiléver de acero con brazos de 207 m y un vano suspendido de 107 m.

Pese a las dudas de algunos ingenieros respecto a la fiabilidad del acero Bessemer por su posible fragilidad, Baker lo empleó en el proyecto. La estructura demostró una rigidez excepcional: la deflexión máxima medida con locomotoras pesadas fue de solo 90 mm, muy cerca del valor teórico previsto de 100 mm. También se sometió a pruebas con dos trenes de carbón largos y pesados en condiciones de viento extremas, con una deflexión inferior a 180 mm.

El puente de Quebec: tragedia, rediseño y récord mundial

Puente de Quebec. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Quebec

La siguiente gran estructura cantiléver fue el puente de Quebec, sobre el río San Lorenzo. Con un vano central de 549 m, aún es en la actualidad el puente cantiléver de mayor luz del mundo. Sin embargo, su construcción estuvo marcada por dos catastróficos fallos: en 1907, un error en el cálculo de las tensiones de compresión durante la fase de voladizo provocó el colapso de la estructura. En la reconstrucción se utilizó acero con níquel como nuevo material. No obstante, en 1916, el vano suspendido cayó al ser izado. Finalmente, el puente se terminó y se abrió al tráfico ferroviario en 1917. Los proyectistas originales fueron Theodore Cooper y Peter Szlapka, de la empresa Phoenixville Bridge Company. Tras el colapso, H. E. Vautelet presentó un nuevo diseño, pero la remodelación del puente se licitó entre varias empresas constructoras y fue ejecutada por G. H. Duggan (St. Lawrence Bridge Company) bajo la dirección de C. C. Schneider, R. Modjeski y C. N. Monsarrat. El acero aleado con níquel se utilizó por primera vez en 1909 en el puente de Blackwell’s Island (hoy Queensboro), en Nueva York. El acero con níquel también fue empleado extensamente por J. A. L. Waddell en diseños de puentes ferroviarios de grandes luces. A. N. Talbot realizó ensayos de conexiones de acero con níquel para la reconstrucción del puente de Quebec.

Puentes de tramo continuo: una opción limitada en América

Mientras que en Europa los puentes de tramo continuo se hicieron más frecuentes, en América del Norte se evitaban por su carácter estáticamente indeterminado. Una excepción fue el puente ferroviario de la Canadian Pacific Railway en Montreal, construido en 1886 con tramos principales de 124,5 m. Se utilizó un método cantiléver para su construcción, controlando cuidadosamente las deformaciones en los cordones inferiores mediante tensores y tornillos ajustables. Estos vanos fueron reemplazados en 1912 debido a las preocupaciones sobre su comportamiento bajo cargas ferroviarias más pesadas. El extremo principal de las cerchas de reemplazo del vano simple se apoyó mediante cimbras sobre una barcaza móvil durante su instalación en un trazado adyacente.

El primer gran puente ferroviario de acero de Francia fue el Viaducto del Viaur, que se construyó en 1898. Este puente de arco en celosía tipo cantilever es inusual, ya que no tiene un vano suspendido, por lo que la estructura es estáticamente indeterminada. Muchos ingenieros consideran que el diseño no era apropiado para cargas ferroviarias.

Viaducto del Viaur. https://es.wikipedia.org/wiki/Viaducto_del_Viaur

La consolidación de nuevas técnicas: roblonado y acero de alto carbono

A principios del siglo XX, muchas estructuras de hierro y acero fueron sustituidas debido al aumento de peso de las locomotoras. El peso típico de las locomotoras era de aproximadamente 40 t en 1860, 70 t en 1880, 100 t en 1890, 125 t en 1900 y 150 t en 1910. Aunque el roblonado era común en Europa, en Estados Unidos no se estandarizó en puentes de gran luz hasta alrededor de 1915. El roblonado se utilizaba en vanos de menor luz a principios del siglo XX.

Uno de los primeros ejemplos destacados fue el Hell Gate Bridge en Nueva York, una estructura de arco de acero de 298 m completada en 1916 para soportar cuatro vías ferroviarias. Fue erigido sin cimbra y empleó por primera vez acero con alto contenido en carbono, principalmente, debido al alto coste del acero aleado.

Ese mismo año, la Chesapeake & Ohio Railroad terminó el puente de Sciotoville, en Ohio, con dos tramos continuos de 236,5 m, el más largo de su tipo hasta hoy.

Puente de Sciotoville. https://en.wikipedia.org/wiki/Sciotoville_Bridge

Un legado de 80.000 puentes

En 1910 se estimaba que había unos 80 000 puentes de hierro y acero en Estados Unidos, que sumaban un total de 2250 kilómetros sobre una red de 300 000 km de vías. La mayoría de los puentes eran de construcción de acero a principios del siglo XX. El ferrocarril, en su rápida expansión tras la Guerra Civil, se convirtió en el principal motor de innovación estructural, propiciando el paso de la madera y la mampostería al hierro y, finalmente, al acero.

El desarrollo de procesos como el Bessemer (1856) y el horno Siemens-Martin (1867) permitió la producción económica del acero. Así, los puentes ferroviarios de acero se convirtieron en una respuesta ingenieril al desafío logístico de la era industrial, marcando el inicio de la ingeniería estructural moderna.