The Iron Bridge สะพานเหล็กหล่อแห่งแรกของโลก

กระทู้สนทนา

ประวัติศาสตร์ วิศวกรรมศาสตร์ ประเทศอังกฤษ

The Iron Bridge ออกแบบโดย Pritchard และผลิตโดยโรงงาน Abraham Darby's Coalbrookdale works

.
สะพาน เหล็กหล่อ แห่งแรกของโลก
ยังคงตั้งตระหง่านอยู่ในเขต Shropshire ประเทศอังกฤษ
สะพานข้ามแม่น้ำ River Severnมีอายุมากกว่า 200 ปี
แม้ว่าเหล็กหล่อจะถูกใช้มาตั้งแต่สมัยโบราณ
แต่มักจะใช้ทำหม้อ กระทะ ลูกปืนใหญ่ ชิ้นส่วนตกแต่ง
เช่น ตะแกรงหน้าต่าง ประตู รั้ว และปล่องไฟ
แต่ไม่เคยถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางโครงสร้าง

Thomas Farnolls Pritchard

.
จนกระทั่งสถาปนิก Thomas Farnolls Pritchard
แนะนำให้มีการสร้างสะพานเหล็กหล่อให้ทอดยาวข้ามลำน้ำ
สะพาน Severn Gorge ใน Shropshire
ต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น Ironbridge Gorge ในภายหลัง
พื้นที่แห่งนี้อุดมไปด้วย ถ่านหิน แร่เหล็กและหินปูน
และอุตสาหกรรมสำคัญที่พัฒนาขึ้นในพื้นที่นี้
เพื่อใช้ประโยชน์จากทรัพยากรเหล่านี้
ในช่วงต่อมาของศตวรรษที่ 18

.
เมื่ออุตสาหกรรมรอบ ๆ ช่องเขาเติบโตขึ้น
จึงมีความต้องการสะพานที่แข็งแรงและทนทาน
เพื่อขนส่งสินค้าข้ามแม่น้ำ โดยไม่ต้องอาศัยเรือแพ
แต่ช่องเขาบริเวณนั้นลึกและตลิ่งพังลงมาได้ง่าย ๆ
สะพานจึงต้องมีช่วงเดียวและสูงเพียงพอ
เพื่อให้เรือสูงแล่นผ่านข้างใต้สะพานไปได้
เพราะในอดีต แม่น้ำยังเป็นเส้นทางการค้าที่สำคัญ
ในการขนส่งสินค้าและผู้โดยสารไปยังเมืองต่าง ๆ

วัสดุชนิดเดียวที่ยอมรับได้ในการก่อสร้างคือ เหล็กหล่อ
แต่ยังไม่มีใครเคยสร้างสะพานเหล็กหล่อในระดับนี้มาก่อน
สะพานเหล็กเริ่มขึ้นที่ Lyons ในปี 1755
แต่ถูกทิ้งร้างเพราะราคาแพง
ทั้งยังมีสะพานลอยเหล็กดัดยาว 22 เมตร
อยู่เหนือทางน้ำประดับใน Kirklees แคว้น Yorkshire ตั้งแต่ปี 1769

Thomas Farnolls Pritchard สถาปนิกผู้มุ่งมั่น
ได้เสนอให้สร้างสะพานเหล็กที่จะเชื่อมโยง Madley และ Benthall
ข้ามแม่น้ำที่พลุกพล่านที่สุดแห่งหนึ่งในประเทศ
การออกแบบของ Thomas Farnolls Pritchard
ได้รับการอนุมัติโดย Act of Parliament
และในปี 1777 ได้เริ่มการก่อสร้าง

Abraham Darby III ช่างเหล็กที่ Coalbrookdale
ได้รับมอบหมายให้หล่อเหล็กตามแบบเพื่อสร้างสะพาน
แต่เพียงแค่เดือนเดียวหลังจากนั้น
Thomas Farnolls Pritchard ก็มตะไป
ความรับผิดชอบทั้งหมดของโครงการนี้จึงตกอยู่กับ Abraham Darby III

Abraham Darby III ได้หล่อชิ้นส่วนสะพานทั้งหมดที่จำเป็น
โดยหล่อส่วนประกอบแต่ละชิ้นมากกว่า 1,700 ชิ้นช่วน
ส่วนที่มีน้ำหนักหนักที่สุดคือ 5 ตัน
งานหล่อทั้งหมดทำในโรงหล่อของตนเอง
โดยจะทำการหล่อเหล็กทีละชิ้นเพื่อให้เข้ากันได้
ด้วยการหยิบยืมเทคนิคจากช่างไม้ เช่น มู่ลี่และเดือยประกบ
และแต่ละชิ้นส่วนจะมีการปรับแต่งให้เข้ากับ
คุณสมบัติต่าง ๆ ของเหล็กหล่อเพื่อความทนถึก แข็งแรง

เมื่อสะพานเหล็กหล่อสร้างเสร็จในปี 1779
วัดความยาวสะพานได้ 100 ฟุตและหนักเพียง 400 ตัน
แต่เรื่องที่น่าแปลกใจไม่มีบันทึกที่เชื่อถือได้
และไม่มีข้อมูลที่ชัดเจนที่พอจะอธิบายได้ว่า
Abraham Darby III สามารถยกเหล็กจำนวนมาก
และวางไว้เหนือแม่น้ำได้อย่างไร

Elias Martin

.
แต่ในปี 1997 ภาพร่างสีน้ำขนาดเล็กของ Elias Martin
ที่มีอยู่ในพิพิธภัณฑ์แห่งหนึ่งในสตอกโฮล์ม
ภาพวาดแสดงให้เห็นโครงไม้ที่เคลื่อนย้ายได้
ซึ่งประกอบด้วยเสาปั้นจั่นวางบนดาดฟ้าเรือ
เสาปั้นจั่นทำหน้าที่เหมือนเครน
เพื่อจับวางตำแหน่งซี่โครงเหล็กสะพาน
โดยเหล็กหล่อถูกนำมาจากพื้นที่ตั้งโรงงานเหล็กหล่อ
ของ Abraham Darby III ที่ห่างออกไปราว 500 เมตร

เพื่อทดสอบและรับรองความน่าเชื่อถือ
ในการแก้ไขปัญหาทางวิศวกรรมเรื่องนี้
ตามที่ปรากฎในภาพวาดของ Elias Martin
แบบจำลองขนาดครึ่งหนึ่งตามอัตราส่วนหลัก
ที่คัดลอกแบบสะพานนี้จึงถูกสร้างขึ้นมาใหม่ในปี 2001
ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยของ BBC

ภาพวาดสะพานเหล็กของ Elias Martin ที่กำลังก่อสร้างในเดือนกรกฎาคม 1779

.
ความสำเร็จของสะพานเหล็กหล่อ
เป็นแรงบันดาลใจให้มีการใช้เหล็กหล่อ
มาใช้เป็นวัสดุโครงสร้างอย่างแพร่หลายทั่วทั้งยุโรปและอเมริกา

แต่โชคร้ายที่เหล็กหล่อเปราะ
และมี Tensile Strength ต่ำมาก
(ค่าความทนต่อแรงดึง หรือ ความเค้นสูงสุด
ต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ของวัตถุที่ได้รับจนเกิดการฉีกขาด)

ทำให้ตลอดระยะเวลาในศตวรรษที่ 19
สะพานเหล็กหล่อหลายแห่งล้มเหลวอย่างสิ้นเชิง
เหตุการณ์ที่เป็นโศกนาฏกรรมคือ
ภัยพิบัติสะพาน Tay Bridge ในปี1879
และมีผู้เสียชีวิตถึง 75 คน

ในปี 1943 สะพานแห่งนี้ถูกปิดการใช้งาน
ไม่ให้รถราสัญจรข้ามไปมาอีกต่อไป
เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เหล็กหล่อเกิดแรงเค้น
และเสี่ยงต่อการพังทลายโดยไม่จำเป็น
และภายในปีเดียวกันนั้น
ได้อนุมัติให้เป็นอนุสาวรีย์โบราณ

ในทศวรรษต่อมา
สะพานแห่งนี้ได้รับการเสริมความแข็งแรง
โดยการสร้างเสาคอนกรีตเสริมเหล็ก
ข้ามแม่น้ำเพื่อค้ำยันฐานทั้งสองจุด

ปัจจุบันสะพานแห่งนี้ได้รับการเฉลิมฉลอง
ให้เป็นสัญลักษณ์ของการปฏิวัติอุตสาหกรรม

เรียบเรียง/ที่มา

https://bit.ly/3cctYLW
https://bit.ly/2EkLWQ0

หมายเหตุ

เหล็กหล่อเป็นเหล็กที่รู้จักและใช้กันอย่างแพร่หลายมาเป็นระยะเวลานาน
เหล็กหล่อคล้ายกับเหล็กกล้า (Steel) ก็ตรงที่เหล็กหล่อนั้น เป็นเหล็ก
ที่มีธาตุคาร์บอนผสมอยู่ เช่นเดียวกัน และสามารถศึกษาโครงสร้างจากแผนภาพสมดุล
(Equilibrium Diagram) ในรูป ก็เช่นเดียวกัน
เพียงแต่ปริมาณของคาร์บอน ในเหล็กหล่อจะมีมากกว่าในเหล็กกล้า
คือ มี คาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 2-6.67
ในอุตสาหกรรมเหล็กหล่อโดยทั่วไปแล้วจะมีคาร์บอนอยู่ร้อยละ 2.5-4
ถ้าปริมาณคาร์บอนมากกว่านี้เหล็กจะสูญเสียคุณสมบัติทางด้านความเหนียว (Ductility)
คือ เปราะและแตกหักได้ง่ายเมื่อถูกแรงกระแทก

ปกติเหล็กหล่อส่วนมากจะขาดคุณสมบัติ
ทางด้านความเหนียวเมื่อเทียบกับเหล็กกล้า
จึงไม่สามารถขึ้นรูปด้วยการรีดหรือการดึงขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงได้
การขึ้นรูปเหล็กหล่อ ที่อุณหภูมิสูงนั้นทำได้ยาก
แต่วิธีที่ใช้ในการขึ้นรูปถึงแม้ว่ารูปร่างจะซับซ้อน ก็สามารถทำได้
โดยการหลอมเหล็กให้ละลายแล้วเทลงแบบหล่อ
ที่ทำด้วยทรายหรือวัสดุทนความร้อน
จึงได้ชื่อตามกรรมวิธีการขึ้นรูปว่า เหล็กหล่อ
หลังจากหล่อรูปร่างได้ใกล้เคียงกับขนาดที่ต้องการแล้ว
จึงนำมาทำการกลึง ไส ตัด และ เจาะ

แม้ว่าเหล็กหล่อส่วนใหญ่จะให้คุณสมบัติความเค้นแรงดึงสูงสุดต่ำ
และขาดคุณสมบัติทางด้านความเหนียว แต่เหล็กหล่อมีราคาถูกว่า
มีจุดหลอมตัวต่ำ สามารถขึ้นรูปได้รูปร่างง่ายกว่าเหล็กกล้า
และยังสามารถปรับคุณสมบัติต่างๆ โดยการเติมธาตุผสมที่เหมาะสม
และการอบชุบที่ดีจะทำให้คุณสมบัติของเหล็กหล่อ เปลี่ยนแปลงได้ อย่างกว้างขวาง เช่น ชุบสังกะสี
จนเหล็กหล่อบางชนิด มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับเหล็กกล้า
ทำให้การพัฒนาอุสาหกรรมเหล็กหล่อเป็นไปอย่างกว้างขวาง
รวมทั้งปริมาณการผลิตเหล็กหล่อก็เพิ่มปริมาณขึ้นอย่างรวดเร็ว
© ความรู้เกี่ยวกับเหล็กหล่อ Cast Iron