भूकंप आणि पीळ (Building’s Twist During Earthquakes)

भूकंप मार्गदर्शक सूचना क्र. ७

भूकंपादम्यान इमारतींना पडणारा पीळ आणि त्याचे परिणाम : भूकंपादरम्यान इमारतींना पीळ का पडतो? हे समजावून घेण्यासाठी झाडाला बांधलेल्या दोरीच्या झोक्याचे उदाहरण घेता येईल. हा झोका एका लाकडी पाळण्याला काथ्याच्या दोरीच्या साहाय्याने जुन्या झाडाच्या एखाद्या बळकट फांदीला बांधून तयार केला जातो. त्याची आधुनिक आवृत्ती आता शहरी भागात लहान मुलांच्या बागेत आढळते. त्यात पोलादी चौकटीला प्लॅस्टिकचा झुला (झोपाळा) पोलादी साखळ्या वापरून बांधला जातो. आता दोन सारखे झुले दोन समान दोऱ्यांनी बांधलेले आहेत असे गृहीत धरले तर जेव्हा व्यक्ती झोपाळ्याच्या मध्यभागी बसतो, त्यावेळी तो समानतेने झुलतो. इमारतीसुद्धा या झोपाळ्याप्रमाणेच असतात; फरक एवढाच की त्या उलट्या किंवा विपरीत झोपाळ्याप्रमाणे असतात (आकृती १). ऊर्ध्व भिंती आणि स्तंभ हे दोरीप्रमाणे असून लादी ही पाळण्याप्रमाणे असते; भूकंपादरम्यान झोपाळ्याप्रमाणेच इमारतींची मागे आणि पुढे अशी कंपने होतात. एकापेक्षा अधिक मजले असलेल्या इमारती म्हणजे एकापेक्षा अधिक पाळणे लावलेल्या झोपाळ्याप्रमाणे असतात.

म्हणजेच, आकाशातून काही उंचीवरून पाहिल्यास दोन क्षितिज पातळीत समान आणि एकसमान ऊर्ध्व घटक असलेल्या इमारतीच्या पायाला जेव्हा एखाद्या विशिष्ट दिशेत कंपित केले जाते; त्यावेळी ती अशाप्रकारे पुढे आणि मागे झुलते की, ज्यामुळे तिच्या लादीवरील सर्व बिंदू ज्या दिशेने तिला कंपित केले आहे त्या दिशेच्या क्षितीज पातळीत एकाच राशीत सरकतात (आकृती २).

झाडावरील दोरीच्या झोपाळ्यावर जर व्यक्ती एका टोकाला बसला तर झोपाळा असंतुलित होऊन त्याला पीळ पडेल. (म्हणजेच व्यक्ती बसलेल्या दिशेला झोपाळा अधिक सरकला जाईल.) जर झोपाळा मोठा असेल आणि एकापेक्षा अधिक व्यक्ती त्यावर असमान अंतरावर बसल्या तर झोपाळा अधिक वजनाच्या बाजूला कलेल. त्याचप्रमाणे इमारतीच्या ज्या भागाचे वस्तुमान अधिक आहे. ती बाजू भूकंपादरम्यान त्या बाजूने जास्त भूकंपीय बलाचा सामना करते. (उदा., इमारतीच्या ज्या बाजूला साठवण खोली किंवा ग्रंथालय आहे त्या बाजूला अधिक भूकंपीय बल असते.) परंतु भूकंपाच्या हादऱ्यांदरम्यान अशा इमारतींचे मजले केवळ क्षितीज पातळीत हलण्यासोबतच घूर्णन (Rotation) देखील पावतात (आकृती ३).

झाडाला बांधलेल्या झोपाळ्याच्या दोरीची लांबी असमान असेल, तर अशा झोपाळ्याच्या मध्यभागी बसले तरीदेखील त्याला पीळ पडतो (आकृती ४अ). त्याचप्रमाणे, असमान संरचनात्मक घटक (म्हणजेच चौकट आणि/किंवा भिंती) असलेल्या इमारतींची लादीदेखील ऊर्ध्व अक्षाभोवती पिळली जाते आणि क्षितीज पातळीत विस्थापित होते (आकृती ४ब). तसेच दोन बाजूंना भिंती आणि दुसऱ्या बाजूला सुनम्य (Flexible) चौकट असलेल्या इमारतींना देखील जमिनीच्या पातळीवर हादरे दिल्यास पीळ पडतो (आकृती ४क).

आराखड्यामध्ये विषम (Irregular; असम) असलेल्या इमारती भूकंपाच्या हादऱ्यांमुळे मोठ्या प्रमाणावर पिळल्या जातात. उदा., प्रक्षेपित टेकू (Propped Overhanging) असलेल्या इमारतींमध्ये प्रक्षेपित भाग त्याखालील तुलनेने कृश (Slender) असलेल्या स्तंभाभोवती फिरतो, त्यामुळे लाद्या पिळल्या जाऊन क्षितीज पातळीत विस्थापित होतात (आकृती ५).

भूकंपादरम्यान पीळाचे इमारतींच्या घटकांवर होणारे परिणाम : इमारतीतील परिपीडनामुळे (Torsion, विमोटन) इमारतीच्या एका लादीचे विविध भाग पाडले जाऊन ते क्षितीज पातळीत विविध अंशांनी सरकतात. ह्यामुळे ज्या बाजूला ते जास्त प्रमाणात सरकतात त्या बाजूच्या चौकटी आणि भिंतीमध्ये जास्त प्रमाणात क्षति करतात (आकृती ६).

भूतकाळामध्ये आतापर्यंत झालेल्या भूकंपामुळे अनेक इमारतींचे अशा प्रकारच्या अतिरिक्त परिपीडनामुळे मोठ्या प्रमाणावर नुकसान झाले आहे. इमारतींच्या आराखड्यामध्ये सममिती राखणे हे परिपीडन कमी करण्यासाठी (जरी पूर्णत: टाळणे शक्य नसेल) अतिशय उपयुक्त ठरते. म्हणजेच इमारतीचे समप्रमाणात विभागलेले वस्तुमान आणि तिची समप्रमाणात विभागण्यात आलेली पार्श्वीय (Lateral) भार विरोधक प्रणाली भूकंपामध्ये काही प्रमाणात नुकसान टाळण्यासाठी उपयोगी ठरते. जर हे परिपीडन टाळता येत नसेल तर इमारतीच्या संरचनेमध्ये या वाढीव कर्तन बलांना (Shear Forces) सामावून घेण्यासाठी विशिष्ट पद्धतीचे परिगणित करणे आवश्यक ठरते; भारतीय भूकंप मानकामध्ये (आय्.एस्. १८९३ – २००२) अशा परिगणितांची तरतुद करण्यात आलेली आहे. परंतु एक बाब मात्र निश्चित आहे की पीळ असणाऱ्या इमारती तीव्र भूकंपादरम्यान दुर्बल कृती करतील किंवा त्यांचे मोठ्या प्रमाणावर नुकसान होईल.

संदर्भ :

• IITK-BMTPC- भूकंप मार्गदर्शक सूचना क्र. ७.

समीक्षक – सुहासिनी माढेकर