벤저민 베이커 (공학자)

1. 개요

벤저민 베이커는 1840년 영국에서 태어난 토목 기사로, 런던 지하철 건설, 테이교 붕괴 사고 조사, 포스 교량 건설 등 19세기 후반의 주요 공학 프로젝트에 참여했다. 그는 클레오파트라의 바늘 운송에 사용된 선박을 설계했으며, 테이교 붕괴 사고 조사에서 전문가 증인으로 활동했다. 베이커는 존 파울러 경과 함께 포스 교량을 설계 및 건설했으며, 아스완 댐 건설에도 기여했다. 그는 또한 토목 기사 협회 회장을 역임했으며, 여러 학회 및 아카데미의 회원으로 활동하며 다양한 상을 수상했다.

2. 생애 및 경력

벤저민 베이커는 1840년 서머싯 주 프롬의 일부가 된 키포드에서 톤두 제철소의 수석 보좌관인 벤자민 베이커와 사라 홀리스의 아들로 태어났다. 버츠 힐에 있는 그들의 집에는 현판이 있다. 그는 첼튼엄 그래머 스쿨에서 교육을 받았고, 16세에 네스 애비 철강 회사에서 Messrs Price and Fox의 견습생이 되었다. 견습을 마친 후 그는 W.H. 윌슨 씨의 조수로 2년을 보냈다. 이후 그는 런던에서 존 파울러 경과 관계를 맺었다. 그는 런던 지하철 건설에 참여했다. 그는 또한 1879년 테이교 붕괴 사고의 핵심적인 전문 증인이었다.

그는 현재 런던의 템스강 둑에 서 있는 클레오파트라의 바늘이 1877~1878년에 이집트에서 영국으로 운송되는 데 사용된 원통형 선박을 설계했다.

그는 거의 모든 토목 공학 분야에 걸쳐 매우 큰 전문적인 실무를 얻었으며, 당시 대부분의 위대한 공학적 업적과 직간접적으로 관련되어 있었다.

2.1. 초기 생애 및 교육

벤저민 베이커는 1840년 서머싯주의 키포드(현재의 프롬 지방)에서 톤두 아이언워크의 교감이었던 벤저민 베이커와 사라 홀리스의 아들로 태어났다. 버츠힐에 있는 그들의 집에는 명판이 있다. 첼튼엄 그래머 스쿨에서 교육을 받았으며, 16세에 Neath Abbey Iron Works에서 메리스 프라이스 앤드 폭스의 수습생이 되었다. 수습 기간 후 2년을 미스터 W.H. 윌슨의 조수로 지냈다. 나중에 런던에서 존 파울러 경과 연합하여 메트로폴리턴 레일웨이(런던) 건설에 참여하였다. 1879년 테이 레일교의 주된 전문가 증언자 역할을 맡기도 했다.

그는 1877~1878년에 클레오파트라의 바늘이 이집트에서 영국으로 운송되는 데 사용된 원통형 선박을 설계했다.

그는 거의 모든 토목 공학 분야에서 매우 큰 전문적인 실무를 얻었으며, 당시 대부분의 위대한 공학적 업적과 직간접적으로 관련되어 있었다.

2.2. 초기 경력

벤저민 베이커는 1840년 서머싯주의 프롬에 속하는 키포드에서 톤두 아이언워크의 교감이었던 벤저민 베이커와 사라 홀리스의 아들로 태어났다. 버츠힐에 그들의 집에 명판이 하나 있다. 첼튼엄 그래머 스쿨에서 교육을 받았으며 16세에 Neath Abbey Iron Works의 메리스 프라이스 앤드 폭스의 수습생이 되었다. 수습 기간 후 2년을 미스터 W.H. 윌슨의 조수로 지냈다. 나중에 런던에서 존 파울러 경과 연합하게 되었다. 메트로폴리턴 레일웨이(런던)의 건설에 참여하였다. 1879년 테이 레일교의 주된 전문가 증언자 역할을 맡기도 했다.

그는 현재 런던의 템스강 둑에 서 있는 클레오파트라의 바늘이 1877~1878년에 이집트에서 영국으로 운송되는 데 사용된 원통형 선박을 설계했다. 그는 거의 모든 토목 공학 분야에 걸쳐 매우 큰 전문적인 실무를 얻었으며, 당시 대부분의 위대한 공학적 업적과 직간접적으로 관련되어 있었다.

2.3. 테이 교량 붕괴 사고 조사 (1879-1880)

1880년, 베이커는 테이교 붕괴 사고에 대한 조사에 전문 증인으로 불려갔는데, 이 사고로 다리의 일부가 붕괴되어 물속으로 떨어졌다. 그는 테이강을 가로지르는 최초의 철도 교량을 건설한 토마스 부시를 대변했지만, 독립적이고 끈기 있게 역할을 수행했다. 그는 그날 밤 다리가 바람에 날아갔다는 이론에 반대 증언을 했다. 그는 다리 근처 또는 근처의 구조물에 대한 꼼꼼한 조사를 실시하여 사고 당일 밤의 풍속이 과도하지 않았다고 결론 내렸다. 공식적인 붕괴 분석에 따르면 구조물이 넘어지려면 평방 피트당 30파운드가 넘는 풍압이 필요했다. 베이커는 다리 근처의 작은 구조물들을 조사하여 다리 붕괴 당일 밤의 압력이 평방 피트당 15파운드를 넘지 않았다고 결론 내렸다. 이러한 작은 구조물에는 벽, 다리 위의 선로의 밸러스트, 다리 위 또는 매우 가까이에 있는 두 개의 신호 상자가 포함되었다.

이 무렵 그는 이미 교량 건설 분야의 권위자로 자리 잡았다.

3. 교량 건설

그는 1870년대에 장대 철도 교량에 관한 시의적절한 책을 출판하여 강철 도입을 옹호했으며, 이 재료를 사용하면 훨씬 더 긴 경간을 만들 수 있음을 보여주었다. 이 책은 강철의 특성을 구조물에 활용할 수 있는 방식을 예견한 것으로 매우 주목할 만하다.

3.1. 포스 교량 (1882-1890)

벤저민 베이커는 존 파울러 경과 함께 테이교 붕괴 사고 이후 포스교를 설계하고 건설했다. 이 다리는 캔틸레버교였으며, 베이커는 그의 설계의 기본 원리에 대한 수많은 강연을 했다. 원래 계약은 토마스 부시가 받았지만, 1880년 6월 테이교 조사 보고서가 발표된 후 계약을 잃었다. 포스 교량은 주철보다 훨씬 더 강력한 강철로 건설되었으며, 캔틸레버를 만들기 위해 속이 빈 강철 튜브를 사용했다. 건설 당시 약 4,600명의 노동자가 고용되었고, 초기에는 57명의 사망자가 발생했으나, 이후 지역 역사가들의 조사 결과 98명으로 수정되었다. 다리에서 떨어진 8명은 작업 구역 아래 강에 배치된 배에 의해 구조되었다.

포스 교량은 길이 의 공학적 경이로움으로 평가받는다. 복선은 고조면에서 높이에 있으며, 두 개의 주요 경간 , 두 개의 측면 경간 , 15개의 접근 경간 및 다섯 개의 로 구성되어 있다. 각 주요 경간은 중앙 350 ft (110 m) 경간 거더 다리를 지지하는 두 개의 680 ft (210 m) 캔틸레버 암으로 구성되어 있다. 세 개의 거대한 4개의 타워 캔틸레버 구조물은 높이가 340 ft (104 m)이며, 직경 70 ft (21 m)의 기초 위에 놓여 있다. 남쪽 기초군은 압축 공기 하에서 케이슨으로 깊이 90 ft (27 m)까지 건설해야 했다. 건설에는 55,000톤 이상의 강철, 18,122 m³의 화강암, 그리고 8백만 개가 넘는 리벳이 사용되었다.

다리 설계에서 캔틸레버를 사용하는 것은 새로운 아이디어가 아니었지만, 베이커가 이룬 규모는 선구적인 노력이었으며 이후 세계 여러 지역에서 따라 했다. 시공 응력의 발생 빈도 계산, 유지 보수 비용 절감 조치, 테이교 붕괴 사고로 분명해진 풍압 계산, 구조에 대한 온도 응력의 영향 등 대부분의 작업은 전례가 없는 것이었다.

1890년 3월 4일, 에드워드 7세 국왕(당시 웨일스 공)이 포스 교량을 개통하며 마지막 리벳을 박았다. 이 리벳은 금도금되었고, 적절하게 새겨졌다. 2002년경 다리에 대한 현대적인 재료 분석 결과, 다리의 강철은 품질이 좋고 변동이 거의 없는 것으로 나타났다.

포스교의 속도 제한은 여객 열차의 경우 50 mph (80 km/h)이고 화물 열차의 경우 20 mph (32 km/h)이다. 다리의 모든 열차의 무게 제한은 1,422톤 (1,442,000 kg)이지만, 잦은 석탄 열차에 대해서는 면제되며, 두 열차가 동시에 다리를 사용하지 않는다는 조건이 붙는다. 노선 가용성 코드는 RA8이며, 이는 현재의 모든 영국 기관차가 다리를 사용할 수 있음을 의미하며, 더 무거운 증기 기관차를 수용하도록 설계되었다. 2006년에는 하루에 190~200대의 열차가 다리를 건넜다.

"포스교 페인트칠"은 끊임없는 작업을 비유하는 구어체 표현으로 사용되기도 한다.

4. 기타 업적

4.1. 아스완 댐 (1898-1902)

베이커는 최초의 아스완 댐 건설에 기술 고문으로 참여했다. 이 공로로 그는 바스 훈장 기사단장(KCB)으로 임명되었다.

4.2. 지하철 건설

베이커는 런던에서 널리 채택된 지하철 건설 시스템 도입에 큰 역할을 했다. 이 시스템은 주철 세그먼트로 제작된 깊은 관형 터널을 이용하는 방식이다. 그는 1899년 노스 웨스트 런던 철도가 제안한 북서 런던에 튜브 노선을 건설하려는 계획에도 참여했으나, 이 계획은 실패로 끝났다.

5. 저술 활동

베이커는 공학 관련 주제에 대한 많은 논문을 저술했다. 1872년에는 "벽돌 구조물의 강도"라는 제목의 논문을 통해 벽돌 구조물의 강도를 계산할 때 시멘트의 인장 강도를 고려해야 한다고 주장했다. 그는 시멘트의 인장 강도를 무시하면 당시 여러 구조물이 붕괴되었을 것이라고 언급했다.

6. 수상 및 서훈

1890년, 베이커는 포스 교 건설 사업 완공을 기념하여 성 미카엘 및 성 조지 훈장 기사단장(KCMG)에 서훈되었고, 같은 해 왕립 학회 회원으로 선출되었다. 1892년에는 프랑스 과학 아카데미로부터 퐁슬레 상을 수상했다. 베이커는 존 파울러와 공동으로 수상하였으며, 상금으로 2,000프랑을 받았다. 1902년에는 아스완 로우 댐 건설에 기술 고문으로 참여한 공로를 인정받아 바스 훈장 기사단장(KCB)에 서훈되었다.

베이커는 1895년 5월부터 1896년 6월까지 토목 기사 협회 회장을 역임했다. 1899년에는 미국 예술 과학 아카데미의 외국 명예 회원으로, 1902년에는 에든버러 왕립 학회 명예 회원으로 선출되었다. 첼튼엄에 위치한 베이커의 옛집에는 그를 기리는 블루 플라크가 설치되어 있다.

7. 사망

벤저민 베이커는 5년 간 버크셔주 팽본에서 지내다가 그곳에서 사망했으며, 옥스퍼드셔 이드버리에 묻혔다. 그는 만년에 살았던 버크셔주 팽본의 자택인 보든 그린에서 사망했으며, 어머니 옆에 묻히기 위해 옥스퍼드셔의 이드버리 마을에 안장되었다. 그는 웨스트민스터 사원 본당 북쪽 면에 있는 스테인드글라스 창으로 기념되고 있다.