Tayn rautatiesilta (Tay Bridge): historia, romahdus 1879 ja nykyinen silta

Alkuperäisen Tay-sillan suunnitteli tunnettu rautatieinsinööri Thomas Bouch, joka sai ritarin arvon, kun silta valmistui. Se oli ristikkorakenteinen, valettua ja takorautaa yhdistelevä rakenne. Suunnitelma oli hyvin tunnettu: sitä käytettiin menestyksekkäästi Etelä-Walesissa sijaitsevassa Crumlinin viaduktissa vuonna 1858 sen jälkeen, kun Kristallipalatsissa oli käytetty valurautaa.

Aiempi valurautasilta, Deen silta, joka romahti vuonna 1847, epäonnistui, koska valurautapalkkeja käytettiin huonosti. Myöhemmin Gustave Eiffel käytti samankaltaista suunnittelua luodessaan useita suuria viadukteja Massif Centraliin (1867).

Tay-joen ylittävän sillan rakentamista koskevat ehdotukset ovat peräisin ainakin vuodelta 1854. North British Railway (Tay Bridge) Act sai kuninkaallisen hyväksynnän 15. heinäkuuta 1870, ja peruskivi laskettiin 22. heinäkuuta 1871.

Sillan suunnittelu: perusajatus

Alkuperäisen suunnitelman mukaan ristikkopalkit tukeutuivat tiilipilareihin, jotka tukeutuivat kallioperään, joka koeporausten mukaan ei sijainnut kovin syvällä joen alla. Sillan molemmissa päissä yksiraiteinen raide kulki sillan palkkien päällä, joten suurin osa niistä oli pilarien yläosien alapuolella. Sillan keskiosassa ("korkeat palkit") rautatie kulki kuitenkin sillan palkin sisällä, jolloin se saattoi kulkea laiturien yläpuolella, jotta purjelaivojen kulku ylävirtaan (esim. Perthiin) oli mahdollista.

Kun silta kuitenkin ulotettiin jokeen, joulukuussa 1873 kävi selväksi, että kallioperä sijaitsi paljon syvemmällä, liian syvällä, jotta se olisi voinut toimia sillan pilarien perustana. Bouchin oli suunniteltava silta uudelleen.

Hän vähensi pilarien määrää ja lisäsi palkkien jänneväliä. Laiturien perustuksia ei enää laskettu kallioperään asti, vaan ne rakennettiin upottamalla tiilivuoratut takorautaiset kaislalautat joen pohjaan,

Työ

Yritys, joka oli saanut sopimuksen sillan rakentamisesta, meni konkurssiin Bouchin suunnitellessa siltaa uudelleen. Korvaava yritys teki huonoa työtä. Lähes kaikki sillan osat olivat huonolaatuisia, mukaan lukien rauta, siteet ja kiinnikkeet. Pulttien ja tukien epätarkkuus johti paikan päällä tehtäviin tilapäisiin korjauksiin, joita eräs todistaja kuvaili myöhemmässä tutkimuksessa seuraavasti: "Noin huolimatonta työtä en ole koskaan elämässäni nähnyt".

Avaaminen

Silta avattiin matkustajaliikenteelle 1. kesäkuuta 1878. Seuraavana vuonna, 20. kesäkuuta 1879, kuningatar Victoria ylitti sillan palatakseen Balmoralista etelään. Bouch esiteltiin hänelle ennen tätä, ja 26. kesäkuuta 1879 kuningatar lyötiin ritariksi Windsorin linnassa.

Tay Bridge -katastrofi

Yöllä 28. joulukuuta 1879 kello 19.15 silta romahti, kun sen keskimmäiset tukijalat pettivät kovassa talvimyrskyssä. Junassa oli kuusi vaunua, joissa oli seitsemänkymmentäviisi matkustajaa ja miehistöä, ja se syöksyi Tay-joen jäisiin vesiin. Kaikki seitsemänkymmentäviisi menehtyivät. Katastrofi järkytti koko maata ja aiheutti järkytyksen Victorian insinööriyhteisössä.

Tuolloin Tay-joen suistossa puhalsi myrskytuuli, jonka voimakkuudeksi arvioitiin kymmenen tai yksitoista (trooppisen myrskyn voimakkuus: 55-72 mailia tunnissa/80-117 kilometriä tunnissa), suorassa kulmassa siltaan nähden. Itse veturi pelastettiin joesta ja palautettiin rautateiden käyttöön.

Vain yhdeksäntoista kuukautta aiemmin avatun sillan romahdus, jonka kauppakeskus oli todennut turvalliseksi, on edelleen Brittein saarten tunnetuin siltakatastrofi. Alkuperäisten siltapilareiden kannot ovat yhä näkyvissä Tay-joen pinnan yläpuolella jopa nousuveden aikaan.

Tutkintalautakunnan kertomus

Syyt

Tutkinnassa todettiin, että sillan sortuminen johtui siitä, että poikkipalkit ja kiinnikkeet eivät kestäneet 28. joulukuuta 1879 yöllä vallinneen myrskyn voimaa, ja että silta oli jo aiemmin joutunut muiden myrskyjen rasittamaksi.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että silta olisi suunnitellulla tavalla epäonnistunut. Yksityiskohtaisia tutkimuksia suorittamaan nimetty insinööri todisti:

"Pelkkä tuulenpaine (olettaen, että rakenne olisi ollut täydellisesti tehty ja suunniteltu), joka olisi ollut 37 paunaa neliöjalkaa kohti, olisi kaatanut sen, mutta se, että koska se oli täydellinen, se kaatui liiallisen tuulenpaineen seurauksena, ei selvästikään pidä paikkaansa, [koska] se ei kaatunut niihin kohtiin, jotka olisivat olleet pienimmät vastuslinjat, jos rakenne olisi ollut täydellinen. Tapa, jolla se kaatui, osoittaa, että rakenteessa on täytynyt olla heikkoja kohtia, ja se, kun otetaan huomioon se tieto, joka minulla on [jo korjattavista osista], ... osoittaa minulle, että rakenne ei ollut täydellisessä kunnossa".

Sillan keskellä oleva osa, jossa kisko kulki korkeiden palkkien sisällä, oli mahdollisesti ylhäältäpäin raskas ja erittäin altis koville tuulille. Bouch tai urakoitsija eivät näyttäneet käyneen säännöllisesti paikan päällä sijaitsevassa valimossa, jossa kierrätettiin edellisen puoliksi rakennetun sillan rautaa. Sillan 13 pisintä jänneväliä, joista kukin oli 75 metriä pitkä, tukevat lieriömäiset valurautapilarit olivat huonolaatuisia. Monet niistä oli valettu vaakasuoraan, minkä seurauksena seinämät eivät olleet tasaisen paksuja, ja oli viitteitä siitä, että epätäydelliset valukappaleet oli peitetty (hyvin puutteellisilta) laadunvalvontatarkastuksilta.

Erityisesti jotkin takorautaisten tukipalkkien kiinnityskohtina käytetyistä korvakkeista oli "poltettu päälle" sen sijaan, että ne olisi valettu pylväiden mukana. Jopa tavalliset korvakkeet olivat hyvin heikkoja. Niitä testattiin kyselyä varten, ja ne osoittautuivat murtuviksi vain noin 20 pitkässä tonnissa (20 t) odotetun 60 pitkässä tonnissa (61 t) olevan kuorman sijasta. Nämä korvakkeet pettivät ja horjuttivat koko sillan keskiosaa myrskyn aikana.

Yksinkertaisesti sanottuna silta epäonnistui valmistusvirheiden vuoksi. Tämä tarkoitti sitä, että se ei saavuttanut suunnittelijan tarkoittamia tuulenkestävyysvaatimuksia.

• Tutkintalautakunnan kertomus ja Rotheryn raportti. Stationery Office, Lontoo 1880. [1]
• Tay Bridge -katastrofi: Liite tutkintatuomioistuimen kertomukseen. [2]

Uuden kaksiraiteisen sillan suunnitteli William Henry Barlow. Sen rakensi William Arrol & Co. 18 metriä (59 jalkaa) ylävirtaan alkuperäisestä sillasta ja sen suuntaisesti. Peruskivi laskettiin 6. heinäkuuta 1883. Rakentamiseen käytettiin 25 000 tonnia (28 000 lyhyttä tonnia) rautaa ja terästä, 70 000 tonnia (77 000 lyhyttä tonnia) betonia, kymmenen miljoonaa tiiltä (paino 37 500 tonnia (41 300 lyhyttä tonnia)) ja kolme miljoonaa niittiä. Rakentamisen aikana menehtyi 14 miestä, joista useimmat hukkuivat.

Toinen silta avattiin 13. heinäkuuta 1887, ja se on edelleen käytössä. Vuonna 2003 saatiin päätökseen sillan 20,85 miljoonan punnan vahvistus- ja kunnostushanke (20,85 miljoonaa puntaa vuonna 2020). Yli 1 000 tonnia (1 100 lyhyttä tonnia) lintujen ulostetta raaputettiin käsityökaluilla pois sillan rautaristikosta ja pussitettiin 25 kilon säkkeihin. Satoja tuhansia niittejä poistettiin ja vaihdettiin. Kaikki työt tehtiin erittäin alttiissa olosuhteissa korkealla joen nopean vuoroveden yläpuolella.