भूकंप मार्गदर्शक सूचना २४

भूकंपाचे इमारतींवरील परिणाम कमी करण्याची गरज : पारंपरिक भूकंपीय संकल्पन प्रक्रिया तीव्र भूकंपाच्या हादऱ्यांदरम्यान इमारतीला कोसळू न देता परंतु इमारतीमधील असंरचनात्मक घटकांना आणि काही प्रमाणात संरचनात्मक घटकांना क्षति होईल अशा पद्धतीने संकल्पन करण्याचा प्रयत्न करते.

यामुळे भूकंपानंतर इमारत अकार्यरत होऊ शकते आणि ते काही संरचनांच्या (उदा., इस्पितळे) ज्या भूकंप घडून गेल्यानंतर कार्यरत असल्या पाहिजे त्यांच्याबाबत आक्षेपार्ह ठरू शकते. प्रत्यक्षात तीव्र भूकंपानंतर देखील इमारत अक्षतिग्रस्त राहण्यासाठी विशेष तंत्राची गरज भासते. साहजिकच अशा सुधारित भूकंपरोधक इमारतींच्या बांधकामाची किंमत साध्या इमारतींपेक्षा जास्त असते. मात्र, इस्पितळांसारख्या इमारती भूकंपानंतर कार्यरत राहण्यासाठी ही वाढीव किंमत स्वीकारार्ह ठरू शकते.

भूकंपाच्या क्षतिकारक परिणामांमधून वाचविण्यासाठी दोन मूळ तंत्रे वापरण्यात येतात. ते म्हणजे तल विलगन उपकरणे (Base Isolation Devices) आणि भूकंपीय अवमंदक (Seismic Dampers). तल विलगनाच्या मागची मूळ कल्पना अशी की, इमारतीचा तळ जमिनीपासून अशा पद्धतीने विलग करायवचा जेणेकरून भूकंपाचे इमारतीमध्ये पारेषित होणार नाही किंवा त्यांची तीव्रता मोठ्या प्रमाणावर कमी होईल. भूकंपीय अवमंदक ही इमारतींमधील विशिष्ट उपकरणे होत जी जमिनीच्या भूकंपीय गतीमुळे निर्माण होऊन इमारतींमध्ये हस्तांतरित होणाऱ्या ऊर्जेस शोषून घेतात (याचे साधर्म्य मोटारीतील अवमंदकासारखे (shock absorber) म्हणता येईल जे रस्त्यांवरील उंचसखल भागात किंवा खाचखळग्यांदरम्यान वाहनाला बसणारे आघात शोषून घेतात).

आ. १. तल विलगन तंत्र : (१) इमारत आणि पायाच्या खड्ड्याची ऊर्ध्व भिंत यातील यातील अंतराल कमी असेल तर, जेव्हा इमारतीच्या खालील जमीन हलते तेव्हा खड्ड्याची ऊर्ध्व भिंत इमारतीवर आदळू शकते. (२) जमिनीवर स्थिरावलेल्या नियमित इमारतीच्या तुलनेत निर्माण झालेले बल ५ ते ६ पट इतके कमी असू शकते. (३) निर्माण झालेले बल अधिक असेल.

तल विलगन : तल विलगनाची तुलना एखाद्या घर्षणविरहित वेल्लकावर (Frictionless Rollers) विसावलेल्या इमारतीशी करता येईल (आकृती १ अ).  यामुळे जेव्हा जमीन हादरते तेव्हा वेल्लक स्वैरपणे लोटन घेतात, परंतु त्यावरील इमारत मात्र हलत नाही.  म्हणजेच जमिनीच्या हादऱ्यांमुळे इमारतीमध्ये कुठलेही बल हस्तांतरित होत नाही. म्हणजेच प्रत्यक्ष इमारतीला भूकंपादरम्यान त्याच्या गतीचा अनुभव येत नाही. हीच इमारत जर पार्श्वीय प्रतिरोध (Lateral resistance) करणाऱ्या सुनम्य पट्ट्यावर विसावली  (आकृती १ ब), तर जमिनीच्या हादऱ्यांचा काहीसा भाग वरील इमारतकडे हस्तांतरित होईल.  या सुनम्य पट्ट्यांची योग्य निवड केली तर जमिनीच्या हादऱ्यांमुळे निर्माण झालेली बले प्रत्यक्ष जमिनीवर बांधण्यात आलेल्या किंवा बद्ध तल इमारती (Fixed Base Building) अनुभवलेल्या बलाच्या अनेक पटीने कमी असतील (आकृती १ क). या सुनम्य पट्ट्यांना तल विलगक असे म्हणतात तर या उपकरणांचा वापर करून सुरक्षित करण्यात आलेल्या संरचनांना तल विलगित इमारती असे म्हणतात. तल विलगन तंत्राचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे ते संरचनेमध्ये सुनम्यता निर्माण करते.  परिणामी एखादी मध्यम उंचीची दगडी किंवा प्रबलित काँक्रिटची धट्टीकट्टी इमारत देखील अतिशय सुनम्य होऊन जाते.  हे विलगक प्रामुख्याने भूकंपाची ऊर्जा शोषण्यासाठी संकल्पित केले जातात, तसेच संपूर्ण संरचना प्रणालीमध्ये अवमंदन (Damping) निर्माण करतात. ह्याचा उपयोग इमारतींवर भूकंपाचे होणारे दुष्परिणाम कमी करण्यासाठी होतो.

तल विलगकाचे बाजारात अनेक व्यावसायिक ब्रॅण्ड उपलब्ध आहेत. सामान्यपणे ही उपकरणे मोठ्या रबरी पट्ट्यांसमान दिसतात. याचे काही प्रकार मात्र इमारतीच्या एका भागाच्या दुसऱ्या भागावर सापेक्ष सरकणीवर अवलंबून आहेत आणि ते त्याप्रमाणे तयार केले जातात. प्रत्येक इमारतीसाठी तिच्या आकार आणि इतर आवश्यक बाबींचा काळजीपूर्वक अभ्यास करून योग्य उपकरण निवडणे गरजेचे आहे.  तसेच, तल विलगन सगळ्याच इमारतींसाठी सुयोग्य नाही. यासाठी सुयोग्य ठरणाऱ्या संरचना म्हणजे कठीण प्रकारच्या मृदेवर विसावलेल्या कमी ते मध्यम उंचीच्या इमारती. बहुमजली किंवा मऊ प्रकारच्या मृदेवर विसावणाऱ्या इमारतींसाठी तल विलगन उपयुक्त ठरत नाही.

आ. २. भूज इस्पितळाच्या इमारतीच्या तळघराचे दृश्य

सध्या अस्तित्वात असलेल्या तल विलगक इमारती  : भूकंपीय विलगन हे सापेक्षतेने अलिकडील काळात उदयास येत असलेले तंत्र आहे. त्याचा मोठ्या प्रमाणावरील वापर ऐंशीच्या दशकापासून सुरू झाला. या तंत्राचे आंतरराष्ट्रीय पातळीवर मोठ्या प्रमाणावर उत्तम परीक्षण आणि मूल्यांकन केले गेले आहे.  हे तंत्र जगातील इटली, जपान, न्यूझीलंड आणि अमेरिका या देशातील अनेक इमारतींमध्ये प्रामुख्याने अतिमहत्त्वाच्या इमारती जसे इस्पितळे किंवा ऐतिहासिक इमारती यांच्यासाठी अतिशय उपयुक्त ठरले आहे. आतापर्यंत, जगभरातील १००० पेक्षा अधिक इमारती भूकंपीय विलगन पद्धतीने बांधल्या गेल्या आहेत.  भारतामध्ये, तल विलगन तंत्राचे प्रात्यक्षिक सर्वप्रथम १९९३ च्या महाराष्ट्रातील किल्लारीच्या भूकंपानंतर करण्यात आले.  नव्याने पुनर्स्थापित करण्यात आलेल्या किल्लारी गावात कठीण जमिनीवर विसावलेल्या दोन एकमजली इमारती (एक शाळेची आणि दुसरी बाजाराची) रबरी तल विलगक वापरून बांधण्यात आल्या आहेत.  या दोन्ही इमारती वीट कामात बांधल्या गेल्या असून त्यांचे छत काँक्रिटचे आहे. सन २००१ च्या गुजरातमधील भूज च्या भूकंपानंतर भूज इस्पितळाच्या चार मजली इमारतीच्या बांधकामात तल विलगन तंत्राचा वापर करण्यात आला आहे. (आकृती २).

भूकंपीय अवमंदक : इमारतींमधील भूकंपाची क्षति नियंत्रित करून त्यांची भूकंपादरम्यान कृती सुधारण्याचे आणखी दुसरे तंत्र म्हणजे भूकंपीय अवमंदकांचा वापर. यामध्ये इमारतीच्या बांधकामातील महत्त्वपूर्ण अशा कर्णीय आधारभूत घटकांऐवजी भूकंपीय अवमंदकाचा वापर करण्यात येतो. हे अवमंदक वर उल्लेख केल्याप्रमाणे मोटारीच्या धक्काशोषकांप्रमाणे कार्य करतात.  मोटार चालत असताना ज्याप्रमाणे आकस्मिक धक्के द्रविक द्रव्यांमध्ये शोषले जाऊन अगदी कमी प्रमाणात ते मोटारीच्या सांगाड्यापर्यंत हस्तांतरित होतात.  त्याचप्रमाणे जेव्हा भूकंपामुळे ऊर्जा निर्माण होते ती अवमंदकांमध्ये शोषली जाते.  परिणामी इमारतीला कमी प्रमाणात क्षति पोहोचते.  इमारतींच्या बांधकामामध्ये अवमंदक सन १९६० पासून बहुमजली इमारतींना जोराच्या वाऱ्याच्या परिणामांपासून सुरक्षित करण्यासाठी वापरले जात आहे.  तथापि, केवळ अलिकडे म्हणजे १९९० पासून हे भूकंपरोधक म्हणून इमारतींसाठी वापरण्यात येत आहे.

आ. ३. भूकंपीय ऊर्जा व्यय करणारी उपकरणे.

सामान्यपणे वापरण्यात येणाऱ्या भूकंपीय अवमंदकाचे प्रकार : विष्यंदी अवमंदक (Viscous Dampers) ज्यामध्ये भूकंपीय ऊर्जा दट्ट्या नळकांड्याच्या प्रणालीमधील सिलीकॉन द्रवामध्ये शोषली जाते. घर्षण अवमंदक (Friction Dampers) ज्यामध्ये दोन पृष्ठभागांमधील घर्षणामुळे ते एकमेकांविरुद्ध घासले गेल्यामुळे ऊर्जा शोषली जाते आणि शरणक अवमंदक (Yielding Dampers) ज्यामध्ये शरण येणाऱ्या धातू घटकांमध्ये भूकंपाची ऊर्जा शोषली जाते (आकृती ३).  भारतामध्ये घर्षण अवमंदक गुडगाव येथील एका १८ मजली प्रबलित काँक्रिटच्या इमारतीसाठी वापरले गेले आहेत.

(पहाः http://palldynamics.com/main.htm )

 

संदर्भ :

भूकंप मार्गदर्शक सूचना ५ : संरचनांवर भूकंपाचे होणारे परिणाम.

भूकंप मार्गदर्शक सूचना ८ : इमारतींच्या भूकंपीय संकल्पनेची तत्त्वे.

IITK- BMTPC – भूकंप मार्गदर्शक सूचना २४.

 

समीक्षक : सुहासिनी माढेकर

Close Menu
Skip to content