De oorspronkelijke Tay Bridge is ontworpen door de bekende spoorwegingenieur Thomas Bouch, die bij de voltooiing van de brug tot ridder werd geslagen. Het was een vakwerkontwerp, een combinatie van giet- en smeedijzer. Het ontwerp was welbekend: het werd met succes gebruikt in het Crumlin Viaduct in Zuid-Wales in 1858, na het gebruik van gietijzer in het Crystal Palace.
Een eerder gietijzeren ontwerp, de Dee-brug die in 1847 instortte, mislukte door slecht gebruik van gietijzeren liggers. Later gebruikte Gustave Eiffel een soortgelijk ontwerp om verschillende grote viaducten in het Centraal Massief te bouwen (1867).
Voorstellen voor de bouw van een brug over de rivier de Tay dateren al van minstens 1854. De North British Railway (Tay Bridge) Act kreeg de koninklijke goedkeuring op 15 juli 1870 en de eerste steen werd gelegd op 22 juli 1871.
Het ontwerp van de brug: het basisidee
Het oorspronkelijke ontwerp bestond uit vakwerkliggers die werden ondersteund door bakstenen pijlers die rustten op vast gesteente dat volgens proefboringen niet erg diep onder de rivier lag. Aan beide uiteinden van de brug liep het enkelspoor boven op de brugligger, waarvan het grootste deel dus onder de pijlertoppen lag. In het middelste deel van de brug (de "hoge liggers") liep het spoor echter binnen de brugligger, die dan boven de pijler toppen kon lopen om de vereiste doorvaarthoogte te geven voor zeilschepen stroomopwaarts (b.v. naar Perth).
Toen de brug zich uitstrekte tot in de rivier, werd het in december 1873 echter duidelijk dat het gesteente in werkelijkheid veel dieper lag; te diep om als fundering voor de brugpijlers te dienen. Bouch moest de brug opnieuw ontwerpen.
Hij verminderde het aantal pijlers en vergrootte de overspanning van de liggers. De funderingen van de pijlers werden niet langer tot op de bodem uitgegraven, maar werden gebouwd door met baksteen beklede smeedijzeren caissons in de rivierbedding te laten zinken,
Het werk
Het bedrijf dat het contract had voor de bouw van de brug ging failliet terwijl Bouch bezig was met het herontwerp van de brug. Het vervangende bedrijf leverde slecht werk. Bijna elk onderdeel van de brug was ondermaats, met inbegrip van het ijzer en de verbindingsstukken en bevestigingen. Gebrek aan precisie in de bouten en schoren leidde tot ad hoc reparaties ter plaatse, door een getuige tijdens het latere onderzoek omschreven als "zo'n slordig stuk werk als ik ooit in mijn leven heb gezien".
Opening
De brug werd op 1 juni 1878 opengesteld voor passagiersverkeer. Het volgende jaar, op 20 juni 1879, stak Koningin Victoria de brug over om van Balmoral naar het zuiden terug te keren. Bouch werd aan haar voorgesteld voordat zij dat deed, en op 26 juni 1879 werd hij in Windsor Castle door de koningin tot ridder geslagen.
De ramp met de Tay-brug
In de nacht van 28 december 1879 om 19.15 uur stortte de brug in nadat de centrale overspanningen het begaven tijdens hevige winterstormen. Een trein met zes rijtuigen en 75 passagiers en bemanningsleden, die overstak op het moment van de instorting, stortte in het ijskoude water van de Tay. Alle vijfenzeventig gingen verloren. De ramp verbijsterde het hele land en zond schokgolven door de Victoriaanse ingenieursgemeenschap.
Op dat moment waaide een storm met een geschatte kracht van tien of elf (Tropical Storm force winds: 55-72 mph/80-117 km/uur) door de monding van de Tay, loodrecht op de brug. De locomotief zelf werd uit de rivier geborgen en aan de spoorwegen teruggegeven voor gebruik.
De instorting van de brug, die slechts negentien maanden eerder was geopend en door de Board of Trade als veilig was beoordeeld, is nog steeds de beroemdste brugramp op de Britse eilanden. De stronken van de oorspronkelijke brugpijlers zijn zelfs bij vloed nog zichtbaar boven het wateroppervlak van de Tay.
Verslag van de onderzoeksraad
Oorzaken
Het onderzoek wees uit dat de val van de brug was veroorzaakt doordat de dwarsbalken en de bevestigingen niet bestand waren tegen de kracht van de storm in de nacht van 28 december 1879 en dat de brug al eerder door andere stormen onder druk was gezet.
Dit is echter geen vaststelling dat de brug zoals ontworpen zou zijn bezweken. De ingenieur die was aangesteld om gedetailleerd onderzoek te doen, getuigde:
"De winddruk alleen (in de veronderstelling dat het bouwwerk perfect is gemaakt en zo is ontworpen) ten belope van 37 pond per vierkante voet zou het omver hebben geworpen, maar dat het, omdat het perfect is, is gevallen als gevolg van een overmaat aan winddruk is duidelijk niet het geval, [omdat] het niet is gevallen op die punten die de minste weerstand zouden hebben geboden als het bouwwerk perfect zou zijn geweest. De manier waarop hij viel toont aan dat er zwakke punten in de constructie moeten zijn geweest en dat, met de kennis die ik heb [van delen die al moesten worden gerepareerd], ... toont mij aan dat de constructie niet in die perfecte staat was".
Het gedeelte in het midden van de brug, waar de rails binnen hoge liggers liepen, was potentieel topzwaar en zeer kwetsbaar bij harde wind. Noch Bouch, noch de aannemer bleken regelmatig een bezoek te hebben gebracht aan de gieterij ter plaatse, waar ijzer van de vorige, half afgebouwde brug werd gerecycleerd. De cilindrische gietijzeren kolommen die de 13 langste overspanningen van de brug, elk 75 m lang, ondersteunen, waren van slechte kwaliteit. Vele waren horizontaal gegoten, met als gevolg dat de wanden niet van gelijke dikte waren, en er waren aanwijzingen dat onvolkomen gietstukken aan de (zeer gebrekkige) kwaliteitscontroles werden onttrokken.
Met name sommige van de nokken die als bevestigingspunten voor de smeedijzeren staven werden gebruikt, waren "aangebrand" in plaats van met de kolommen meegegoten. Zelfs de normale nokken waren zeer zwak. Zij werden getest voor het onderzoek, en bleken te breken bij slechts ongeveer 20 lange ton (20 t) in plaats van de verwachte belasting van 60 lange ton (61 t). Deze nokken begaven het en destabiliseerden het gehele midden van de brug tijdens de storm.
Eenvoudig gezegd: de brug is mislukt door gebreken bij de fabricage. Daardoor voldeed hij niet aan de door de ontwerper beoogde normen inzake windbestendigheid.
- Verslag van het Hof van Onderzoek en verslag van Mr Rothery. Stationery Office, Londen 1880. [1]
- Ramp met de Tay-brug: Appendix bij het rapport van de onderzoeksraad. [2]
