भूकंपमार्गदर्शक सूचना १७
प्रबलित काँक्रीटच्या इमारती :
अलिकडच्या काळात भारतात लहान गावांमध्ये आणि मोठ्या शहरांमध्ये प्रबलित काँक्रीटच्या (Reinforced Concrete / आर. सी. सी.) इमारतींचे बांधकाम अतिशय प्रचलित आहे. या प्रकारच्या बांधकामामध्ये मुलत: फक्त प्रबलन गज आणि काँक्रीट यांचा समावेश असतो. काँक्रीट हे वाळू, दळीत दगड (ज्यांना समुच्चय किंवा खडी असे देखील म्हणतात) आणि सिमेंट या सर्वांच्या पूर्व प्रमाणित पाण्याच्या मिश्रणापासून तयार केले जाते. विशेषकरून काँक्रीट कुठल्याही इष्ट आकाराच्या साच्यामध्ये तयार करता येते आणि पोलादाचे गज अनेक आकारांमध्ये वाकवता येऊ शकतात. त्यामुळेच आर. सी. सी. म्हणजेच प्रबलित काँक्रीटपासून जटील आकाराच्या संरचना शक्य होतात.
प्रबलित काँक्रीटची इमारत क्षितिज घटक (तुळया आणि लादी) व ऊर्ध्व घटक (स्तंभ आणि भिंती) आणि तिच्या जमिनीवर टेकलेल्या पायाच्या आधारापासून तयार होते. प्रबलित स्तंभ आणि त्यांना जोडणाऱ्या तुळयांपासून तयार झालेल्या प्रणालीला आर. सी. चौकट असे संबोधतात. आर. सी. चौकट भूकंपीय बलांचा प्रतिरोध करण्यास मदत करते. भूकंपाच्या हादऱ्यांमुळे इमारतीमध्ये जडत्व बलांची निर्मिती होते, जे इमारतीच्या वस्तुमानाशी समानुपाती असतात. इमारतीचे बहुतांश वस्तुमान लादीतलाजवळ असल्याने भूकंपामुळे उत्पन्न झालेले जडत्व बल प्रामुख्याने लादीलगतच निर्माण होते. हे बल पायाकडे प्रवास करते. इमारतीच्या लादी आणि तुळया यांच्या मार्फत ते आधी स्तंभ आणि भिंतींकडे आणि त्यानंतर पायाकडे जाते आणि तेथून त्याचे जमिनीमध्ये अपस्करण (Dispersion) होते. हे जडत्व बल इमारतीच्या वरील भागापासून खाली एकवटल्यामुळे खालच्या मजल्यावरील स्तंभ आणि भिंती अधिक भूकंप बलाची अनुभूती घेतात (आकृती १) आणि त्यामुळे ते वरील मजल्यांच्या तुलनेत अधिक सामर्थ्यासाठी संकप्लित केले जातात.
लादी आणि बांधकाम भिंतींचे कार्य :
लादी (Slab) हे क्षितिज सपाट सदृश्य घटक असून ते इमारतीचा कार्यात्मक वापर सुलभ करतात. सामान्यत: एका मजल्यावरील तुळया आणि लादी एकाच वेळी आकारीत केले (ओतले) जातात. निवासी बहुमजली इमारतींमध्ये लादीची जाडी केवळ १००-१५० मिमी. इतकी असते. भूकंपादरम्यान जेव्हा तुळया ऊर्ध्व दिशेने नमन पावतात, त्यावेळी पातळ लादीदेखील त्यांच्यासोबत नमन पावते आणि ज्यावेळी तुळया स्तंभासह क्षितिज दिशेने हलतात, लादी तुळयांना त्यांच्यासोबत हलण्यास भाग पाडते (आकृती २अ).
अनेक इमारतींमध्ये क्षितिज समतलातील भौमितिक विकृती नगण्य असते, या वर्तणूकीला अनम्य पटल क्रिया (Rigid Diaphragm Action) असे म्हणतात (आकृती २ब). संरचना अभियंत्यांनी संकल्पन करताना ही बाब लक्षात घेणे आवश्यक आहे. आर.सी. इमारतींमध्ये स्तंभ आणि लादी आकारित करून झाले आणि त्यातील काँक्रीट कठीण झाल्यानंतर स्तंभ आणि लादीच्या मधील ऊर्ध्व जागा बांधकामाच्या भिंतींनी बांधून काढल्या जातात. अशा रीतीने लादीतलाच्या रिकाम्या क्षेत्रफळाचे कार्यात्मक आणि सुलभ खोल्यांमध्ये रूपांतर केले जाते. साधारणपणे ह्या भिंती, ज्यांना अंतर्भरण भिंती असे देखील म्हटले जाते, सभोवतीच्या आर.सी. स्तंभ आणि तुळयांना जोडलेल्या नसतात. स्तंभ, लादी तलाच्या पातळीमध्ये हलतात. पंरतु बांधकाम भिंती या हालचालीस प्रतिरोध करतात. त्यांच्या अधिक जाडी आणि जड वजनामुळे या भिंती अवश्य मोठ्या प्रमाणावरच क्षितिज बलांना आकर्षित करतात (आकृती ३).
तथापि बांधकाम साहित्य हे ठिसूळ असल्याने या भिंतींना एकदा त्यांची क्षितिज बल घेण्याच्या क्षमतेची मर्यादा ओलांडली की त्यांना भेगा पडण्यास सुरुवात होते. म्हणजेच अंतर्भरण भिंती या इमारतींमध्ये स्वयंत्याग करणाऱ्या ज्वालकाप्रमाणे कार्य करतात. पंरतु तुळया आणि स्तंभावरील भारांचा तडे निर्माण होईस्तोवर वाटा उचलतात. अंतर्भरण भिंतींची भूकंपीय कृती सुधारण्यासाठी चांगले सामर्थ्य असलेला मसाला वापरणे, बांधकामाचे योग्य थर तयार करणे आणि आर.सी. चौकट व दगडी अंतर्भरण भिंती यांच्यातील मोकळी जागा योग्य रीतीने भरणे इ. बाबींचा समावेश होतो. तथापि अंतर्भरण भिंतींचे योग्य प्रमाणदेखील (आकार, लांबी, जाडी किंवा रुंदी) योग्य रीत्या संकल्पित करणे आवश्यक आहे.
भूकंपाचे क्षितिजीय परिणाम :
इमारतीवरील गुरुत्वीय भारामुळे आर.सी. इमारत नमन पावते आणि त्यामुळे अनेक ठिकाणी दिर्घीकरण (खेचण्याची क्रिया) आणि लघुभवन (expansion & contraction) होते. पृष्ठभागावर ज्या ठिकाणी खेचण्याची क्रिया होते त्या ठिकाणी ताण निर्माण होतो आणि जेथे लघुभवन होते तिथे संपीडन निर्माण होते (आकृती ४ आ). गुरुत्वीय बलाच्या प्रभावाखाली तुळईच्या खालच्या मध्यभागात आणि टोकाजवळ वरच्या भागात ताण निर्माण होतो. तसेच भूकंपाच्या भारामुळे तुळई आणि स्तंभाच्या गुरुत्वीय बलाच्या प्रभावाखालील स्थानांपेक्षा वेगळ्या ठिकाणी ताण निर्माण होतो (आकृती ४इ). या घटकांमधील उत्पन्न झालेल्या ताणाच्या (नमन/आघूर्ण) तुलनात्मक आकृत्या आकृती क्र. ४ मध्ये दर्शविण्यात आल्या आहेत. भूकंपाच्या भारामुळे निर्माण होणाऱ्या नमन आघूर्णाची पातळी हादऱ्यांच्या तीव्रतेवर अवलंबून असते. यामुळे तीव्र हादऱ्यांदरम्यान तुळईच्या टोकांमध्ये वर किंवा खाली ताण निर्माण होऊ शकतो. काँक्रीट हा ताण घेऊ शकत नसल्याने तुळईच्या दोन्ही बाजूंना विरुद्ध नमन आघूर्णास प्रतिरोध करण्यासाठी पोलादी गजांची आवश्यकता भासते. त्याचप्रमाणे स्तंभाच्या सर्व बाजूंना देखील पोलादी गजांची आवश्यकता भासते.
इमारतीमधील बल किंवा सामर्थ्याचा पदानुक्रम :
भूकंपाच्या हादऱ्यांदरम्यान इमारत सुरक्षित राहण्यासाठी, स्तंभ (जे तुळईकडून बल घेतात) तुळईपेक्षा सामर्थ्यवान असले पाहिजेत आणि पाया (जे स्तंभांकडून बल घेतात) स्तंभापेक्षा सामर्थ्यवान असणे आवश्यक आहे. तसेच तुळया व स्तंभ आणि स्तंभ व पाया यांमधील जोड भंग पावता कामा नये म्हणजे तुळया सुरक्षितपणे स्तंभांना आणि स्तंभ पायाकडे सहजपणे बल हस्तांतरीत करू शकतील.
जेव्हा ही बाब संकल्पनामध्ये स्विकारली जाते, तेव्हा भूकंपादरम्यान तुळयांमध्ये सर्वप्रथम नुकसान होईल अशी तरतूद केली जाते (आकृती ५ अ). जेव्हा तुळयांचे मोठ्या प्रमाणावर तंतुक्षमता राखण्याच्या दृष्टीने तपशीलवार आरेखन केले जाते, तेव्हा इमारत सलगपणे (अखंडपणे) मोठ्या प्रमाणावर विकृती पावते. तुळयांच्या भंग पावण्याच्या प्रक्रियेतील परिणामांमुळे होणाऱ्या उत्तरोत्तर नुकसानाची पर्वा न करता त्याविरुद्ध जर स्तंभांना कमकुवत बनविले तर त्यांना मोठ्या प्रमाणावर क्षति पोहोचते. एका विशिष्ट मजल्याच्या वर आणि खाली (आकृती ५ आ) हे स्थानिक नुकसान इमारत कोसळण्यास कारणीभूत होऊ शकते, तथापि वरील मजल्यावरील स्तंभ जवळपास काहीही नुकसान न होता टिकून राहू शकतात.
संदर्भिय भारतीय मानके :
आर.सी. चौकटी इमारतींच्या संकल्पनाकरिता भारतीय मानक संस्था, नवी दिल्ली मार्फत खालील मानके प्रकाशित करण्यात आली आहेत : (अ) भारतीय भूकंप मानक (आय्.एस्. १८९३ : भाग १-२००२) भूकंपीय बलांची परिगणिते. (आ) भारतीय काँक्रीट मानक (आय्. एस्. ४५६-२०००) आर.सी. घटकांचे संकल्पन. (इ) भारतीय मानक आर. सी. इमारतींसाठी तंतुक्षम आरेखन मानक (आय. एस. १३९२० : १९९३) भूकंपप्रवण प्रदेशातील तंतुक्षम आरेखनाच्या आवश्यक बाबी.
संदर्भ :
- IITK-BMTPC भूकंप मार्गदर्शक सूचना-१७
समीक्षक – सुहासिनी माढेकर
