प्राचीन काळात पूल बांधकामासाठी निसर्गात उपलब्ध असलेली सामग्री म्हणजे लाकूड व दगड यांचा उपयोग केला जात असे. वीट भट्ट्यांच्या शोधानंतर लाकूड व दगड याऐवजी विटांचे पूल बांधले जाऊ लागले. १९०६ मध्ये पोर्टलँड सिमेंटमध्ये लोखंडाच्या नळ्यांचा अंतर्भाव करून प्रलंबित सिमेंटचा पहिला पूल स्वित्झर्लंडमधील तवानास येथे ऱ्हाईन नदीवर बांधला गेला. (चित्र ११).
त्रिकोणी आकाराचा सांगाडा स्वतःचे वजन पेलू शकतो व त्याचबरोबर त्याच्यावरील पडलेल्या भाराने तो कोसळू शकत नाही. या पुरातन काळापासून सिद्ध कल्पनेचा वापर करून कैची पूल बांधण्यात येऊ लागले. सोळाव्या शतकापासून लाकडी कैच्यांचा उपयोग लांब गाळ्यांच्या कमानी पुलाच्या आडक्यांसाठी (Centering) फक्त करण्यात येई. मात्र कैची पुलाच्या बांधकामासाठी आणखी दोनशे वर्षे जावी लागली. इंग्लंडमध्ये पहिला लोहमार्ग १८२५ मध्ये सुरू झाला. त्यानंतर हळूहळू अमेरिकेत लोहमार्गाचा विकास होऊ लागला. त्यासाठी मार्गातील बहुसंख्य ठिकाणी नदी व दरी ओलांडण्यासाठी अनेक कैची पूल बांधले गेले. या पुलांसाठी बीड (Cast Iron) व घडीव लोखंड (Wrought Iron) यांचा उपयोग करण्यात आला.
लोहमार्गासाठी बांधण्यात आलेल्या लोखंडी पुलापैकी एक उल्लेखनीय पूल म्हणजे रॉबर्ट स्टिव्हन्स यांनी अभिकल्प केलेला इंग्लंडमधील ब्रिटानिया पूल होय (चित्र १२). १८५० मध्ये हा चार गाळ्यांचा (दोन गाळे ७० मी. लांबीचे व दोन गाळे १४० मी. लांबीचे) लोखंडी पेटी-तुळई पद्धतीचा पूल उभारण्यात आला. आज सर्रास वापरण्यात येणाऱ्या पेटी-तुळई (पोलादी किंवा काँक्रीटच्या) पद्धतीच्या संकल्पनेचा उगम या पुलापासून झाला असे मानतात. ब्रिटानिया पुलाचा पेटी-तुळई छेद चित्र १३ मध्ये दर्शविला आहे. त्यात खालच्या बाजूला लोहमार्गाचे रुळ दाखविले असून त्यावरून आगगाडी जात असे.
त्याकाळात इंग्लंड व अमेरिकेत लोहमार्गाचा विकास झपाट्याने होऊ लागल्याने पूल बांधणीच्या संख्येतही फार वाढ झाली; परंतु त्या मानाने संरचनीय अभिकल्प तेवढेसे विकसित झाले नव्हते. पुलाच्या प्रतिकृती (Model) तयार करून त्यावर योग्य त्या चाचण्यांच्या आधारे पुलाचा अभिकल्प केला जात असे. त्याकाळी आगगाड्यांचा चढता चलभार व वेगाने जाणाऱ्या चलभाराचा आघाती परिणाम याबद्दल फारसे ज्ञान नव्हते. अपुऱ्या ज्ञानाच्या आधारे बांधलेले अनेक घडीव लोखंडी पूल एकोणिसाव्या शतकाअखेर कोसळण्याचे प्रकार घडले. त्यापैकी एक म्हणजे स्कॉटलंडमधील टे आखातावरील पूल बांधल्यानंतर १८ महिन्यांतच, बर्फ वादळात, त्यावरून आगगाडी जात असताना कोसळला.
चलभाराच्या वेगामुळे होणारा आघाती भार तसेच तुफानी वाऱ्याच्या वेगामुळे संरचनेवर होणारा परिणाम ह्यासंबंधी अनेक शास्त्रज्ञांनी केलेल्या संशोधनातून संरचनेच्या पृथक्‍करणाच्या विविध पद्धती उदयास आल्या. पूल बांधकाम तंत्रातही अनेक सुधारणा घडून आल्या. या सर्वांच्या सहयोगामुळे शास्त्रीय सूत्रांवर आधारित अभिकल्प, रचना, बांधणीसाठी विनिर्देशाचे मार्गदर्शन आखून दिले गेले. त्यामुळे नंतर बांधण्यात आलेल्या घडीव लोखंडी पुलांत काही प्रश्न निर्माण झाले नाहीत.
अशुद्ध लोखंडापासून पोलाद बनविण्याच्या प्रक्रियेचा शोध इंग्लंडमधील हेन्री बेसेमेर यांनी १८५६ मध्ये लावला. परंतु एकोणिसाव्या शतकाअखेर व विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला पोलाद मोठ्या प्रमाणात व फायदेशीर बनविण्यात येऊ लागले. त्याकारणाने साऱ्या जगात पोलादी पुलांचा प्रसार झपाट्याने सुरू झाला. शक्तिशाली पोलादामुळे लांब गाळ्यांचा निलंबी पूल तसेच प्रक्षेपी पूल अशा रचनेच्या बांधकामाला चालना मिळाली. चित्र १४ मध्ये न्यूयॉर्क शहरातील सन १८८३मध्ये पूर्ण झालेला प्रसिद्ध ब्रुकलिन ब्रिज दाखविला आहे. १८७६ पर्यंत निलंबी पुलांसाठी लोखंडी तारांचा उपयोग करण्यात येत असे.
मात्र ब्रुकलिन पुलासाठी अभिकल्प अभियंते जॉन रोबलिंग यांनी पोलादी तारा प्रथमच वापरण्यास सुरुवात केली. लांब गाळ्यांच्या निलंबी पुलांसाठी मधल्या प्रस्तंभांचे (Pier) पाये खोलवर खणावे लागतात. या कारणाने पायांसाठी वायुधारी कुसुले (Pneumatic Caisson) बांधण्याचे तंत्र विकसित होत गेले. वायुधारी कुसुलांचा पृष्ठभाग बंद असतो. खालून येणाऱ्या पाण्याला प्रतिबंध करण्यासाठी कामाच्या गुहेत संकोची (Compressed) हवेचा उपयोग करतात. त्यामुळे खोदाई व प्रस्तंभाच्या पायासाठी काँक्रीट भरण्याचे काम कोरड्यात होऊ शकते (आ. १५). ज्या ठिकाणी अशी कुसुले बांधणे फार खर्चाचे होऊ लागते, त्या ठिकाणी दोन्ही आधारांपासून प्रक्षेपी पद्धतीचे पूल उभारण्यात आले. कोलकातामधील प्रसिद्ध हावरा ब्रिज (आता रविंद्र सेतू) हे प्रक्षेपी पुलाचे एक उदाहरण आहे.
पूल अभिकल्प करताना अभियंत्याने संरचनेच्या आकारमानात काटकसर करण्याचे ठरविले तर ते त्याच्या अंगावर चांगलेच शेकते. ह्याचे उत्तम उदाहरण म्हणजे १९४०मध्ये अमेरिकेत बांधण्यात आलेल्या टाकोमा नॅरोज निलंबी पुलाकडे बोट दाखविता येईल. सॅन फ्रॅन्सिस्को शहरातील गोल्डन गेट व सॅन फ्रॅन्सिस्को—ओकलंड ट्रान्स बे या विलंबी पुलांच्या यशस्वी बांधकामामुळे प्रोत्साहित होऊन अभियंते लिऑन माऊसिफ यांनी पुलासाठी कमी उंचीच्या तुळयांवर आधारलेली तक्तपोशी (Deck) वापरण्याचे धाडस केले. दुर्दैवाने बांधल्यावर चार महिन्यांत, ताशी सत्तर किलोमीटरच्या वेगाने आलेल्या वाऱ्याच्या झोताने, पूल हेलकावे खाऊन पडला. चित्र १६ मध्ये पूल कोसळण्याआधी दाखवला आहे. मात्र ह्या अपघातामुळे वायुगतिकी (Aerodynamic) शास्त्राच्या संशोधनाला चालना मिळाली. संशोधनानंतर सिद्ध झाले की, झोत वाऱ्याचा प्रतिबंध करण्यासाठी तक्तपोशी खोल किंवा जास्त उंचीच्या कैच्यांवर आधारणे आवश्यक आहे. ह्या माहितीचा उपयोग करून त्याच जागी १९५७ मध्ये बांधलेला नवा पूल चित्र १७ मध्ये दाखविला आहे.
विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला पूर्व-प्रतिबलित (Pre-stressed) काँक्रीटचा उदय झाला. मात्र विसाव्या शतकाच्या मध्यास उच्च बलाची (High-strength) पोलाद निर्मिती सुरू झाली. दुसऱ्या महायुद्धानंतर आलेल्या मंदीमुळे युरोपभर कुशल-अकुशल कामगार भरपूर व स्वस्तात मिळू लागले. यामुळे पूर्व-प्रतिबलित काँक्रीट पुलांच्या बांधकामाला युरोपमध्ये सर्वत्र जोर आला. पुढेपुढे लांब गाळ्यांच्या पुलांसाठी पूर्व-प्रतिबलित काँक्रीट उच्च बलाच्या पोलादाशी स्पर्धा करू लागले. काही ठिकाणी दोन्ही तऱ्हेच्या संरचनांसाठी स्पर्धा ठेवली जाते व दोन्ही तऱ्हेच्या अभिकल्पांसाठी निविदा (Tender) काढण्यात येऊन कंत्राटदार बांधकाम खर्चाचा अंदाज (Estimate) मांडतात व त्यावरून कमी खर्चाचा प्रकल्प निवडला जातो, तर काही प्रकल्पांसाठी दोन्ही प्रकारांच्या सामग्रींची हातमिळवणी करून संमिश्र (Composite) पुलाची निर्मिती करण्यात येते.
सध्या पुलासाठी वापरात येणाऱ्या प्रबलित काँक्रीटाचे बल ४० MPa (मेगापास्काल) किंवा ५८०० Psi (पीएसआय) असते, तर पूर्व-प्रतिबलित काँक्रीटचेच बल ७० MPa किंवा १०,००० Psi असते. भविष्यात हे बल १०० MPa किंवा १५,००० Psi पर्यंत जाऊ शकेल असा अंदाज आहे. तसेच पोलाद साधारणपणे २५० MPa किंवा ३६,००० Psi शरणबिंदूचे (Yield Strength) असते. मात्र भविष्यात पोलादाचा शरणबिंदू ५५० MPa किंवा ८०,००० Psi पर्यंत जाण्याची शक्यता आहे.
दुसऱ्या महायुद्धापासून हलक्या वजनाच्या पण ताकदवान लढाऊ विमानांच्या बांधणीसाठी प्रबलित तंतू बहुलकाचा (प्रतंब; Fiber Reinforced Polymer) उपयोग करण्यात येऊ लागला. त्यानंतर अशा प्रतंबांचा वापर हळूहळू विमानांखेरीज मोटारगाड्या व बोटींच्या रचनेत होऊ लागला. गेल्या काही दशकांपासून इमारती व पूल बांधकामासाठीही प्रतंबांचा उपयोग करण्यात येत आहे. १९९५ मध्ये इंग्लंडमध्ये ‘बाँडस् मिल उचलता (Lifting) पूल’ बांधण्यात आला. हा पहिला रस्तामार्ग पूल असून तो पूर्णपणे प्रतंब वापरून बांधण्यात आला (चित्र १८).
सध्या ह्या सामग्रीचा उपयोग मुख्यतः पूल तक्तपोशी (Deck) व पादचारी पुलांसाठी करण्यात येत आहे. सध्या सर्रास वापरात येणाऱ्या योजनास्थळीच्या (Cast-in-place) तक्तपोशींपेक्षा प्रतंब तक्तपोशी ८० टक्के कमी वजनाची असते. मात्र ह्या नवीन सामग्रीत काही त्रुटी आहेत. त्यांपैकी प्रामुख्याने पुढीलप्रमाणे : (१) अशा प्रकारच्या सामग्रीचे दूरगामी परिणाम काय असतील? (२) जास्त तपमानात ही कशा प्रकारे टिकाव धरू शकेल? (३) प्रतंब हे किंमतीने महाग असल्याने प्राथमिक खर्च आवाक्याबाहेर जाऊ शकेल. (४) प्रतंबसाठी प्रमाणभूत (Standard) विनिर्देश अजून अस्तित्वात नाही. ह्या सर्व बाबींबाबत विविध देशांतील शास्त्रज्ञांची चर्चा व संशोधन चालू आहे. गेल्या दशकांत जगभर नवीन नॅनो-तंत्रज्ञानाचा उदय होत आहे. त्यात नॅनो-पोलाद सध्याच्या उच्चबल पोलादापेक्षा चार-पाच पटींनी ताकदवान बनू शकेल.
थोडक्यात, संरचना अभिकल्प सिद्धांत (Structural Design Theory), बांधकाम यंत्रसामग्री, तसेच सर्वांत महत्त्वाचे म्हणजे गेल्या शतकापासून नवनवीन बांधकाम सामग्रीच्या वापराने पूलबांधणी कामात कालानुसार उत्क्रांती घडून आली व अजूनही होण्याची शक्यता आहे.
संदर्भ :
- Design of Modern Concrete Highway Bridges by C. P. Heins & R. A. Lawrie, John Wiley & Sons, Inc., New York, U.S.A. 1984
- The Tower and the Bridge by David P. Billington, Princeton University, U.S.A. 1983
- WWW.Cotswoldcanals.net
- WWW.bridges of Dublin i.e. Bridge- Building/Materials/Composite
समीक्षक – विनायक सूर्यवंशी
