24 September 2018

News Flash

काँक्रीटचा महिमा

सिमेंटच्या शोधाने व त्याच्यापासून काँक्रीट बनविण्याच्या तंत्राने इमारतच काय, पण सर्व प्रकारच्या बांधकामास चालना मिळाली.

|| डॉ. अभय खानदेशे

सिमेंटच्या शोधाने व त्याच्यापासून काँक्रीट बनविण्याच्या तंत्राने इमारतच काय, पण सर्व प्रकारच्या बांधकामास चालना मिळाली. खास उल्लेख करण्याजोगे बांधकाम, तत्कालीन इंग्लंडच्या राणी व्हिक्टोरियाचा उन्हाळी महाल- ओसबोर्न हाऊस. १८५७च्या लढाईनंतर, संपूर्ण भारताचा ताबा या राणी व्हिक्टोरियानेच ईस्ट इंडिया कंपनीकडून स्वत:कडे घेतला. या ओसबोर्न हाऊसचा आíकटेक्ट होता थॉमस क्यूबिट. यानेच नंतर लंडनच्या बकिंगहॅम पॅलेसचा मुख्य दर्शनी भाग बांधला. नवीन शोध म्हणून मुबलक काँक्रीटचा वापर ओसबोर्न हाऊसमध्ये झाला. १८४८ मध्ये प्रिन्स अल्बर्टच्या (हा तिचा नवरा. राणीच्या नवऱ्याला प्रिन्स म्हणायला आपल्याला इंग्रजानेच शिकवले.) मार्गदर्शनाखाली बांधलेल्या या महालातच राणी व्हिक्टोरियाने सन १९०१ला शेवटचा श्वास घेतला. विसाव्या शतकात ब्रिटनच्या रॉयल नेव्हीच्या ताब्यात असलेला हा महाल आता पर्यटकांना पाहण्यास खुला करण्यात आला आहे.

काँक्रीटची भार सहन करण्याची (कॉम्प्रेसिव्ह) ताकद प्रचंड असली तरी ताण सोसण्याची (टेन्शन) मर्यादा अत्यंत कमी असते. या मूलभूत कमतरतेमुळे काँक्रीट कशामुळे वाकेल ते जास्त काळजीने पाहण्याची गरज भासते. कॉलमचं बकिलग आपण झाडूच्या काडीच्या प्रयोगात पाहिलं होतं. आता भार दिल्याने इमारतीच्या बाकीच्या महत्त्वाच्या बीम, स्लॅबचं काय होतं ते पाहूया. पुन्हा एक लांब काडी घ्या. आता ती आडवी दोन टोकांना पकडा. मध्यभागी दाब द्या. काडी पॅराबोलाच्या आकारात वाकेल. दाब मर्यादेपेक्षा वाढवला तर तुटेल. बीम किंवा स्लॅब याच पद्धतीने वाकतात. ते अगदी कोणत्याही धातू, अधातू अथवा मिश्र संयुगापासून बनविलेले असतील तरीही. अशा वाकण्यामुळे येणारा ताण सोसण्याची काँक्रीटची ताकद कमी असल्याने बीम किंवा स्लॅबला खालच्या बाजूने तडा जातो. प्रत्यक्षात अनेकदा हे अनुभवल्यामुळे या समस्येवर तोडगा काढण्याचे प्रयत्न चाललेले होते. वेगवेगळ्या प्रकारचे घुमट (डोम), गोपुरे, कमानी (आच्रेस) यांचे तंत्रज्ञान आणि बांधकामाचं कौशल्य उपलब्ध होतं. पण त्यात एक महत्त्वाची कमतरता होती. घुमट किंवा कमानीवर वरचा मजला बांधता येत नव्हता. अर्थात त्यांचा वापर मंदिर, मशीद, चर्च, गुरुद्वारा (जिथे वरचा मजला बांधण्याची गरज आणि धार्मिकदृष्टय़ा परवानगी; दोन्ही नसतात) इत्यादीपर्यंतचं मर्यादित राहत होता.

स्थापत्य अभियांत्रिकीत ‘युरेका युरेका..’ म्हणण्याचा प्रसंग म्हणजे सलोह काँक्रीट अर्थात आरसीसी (रिइनफोस्र्ड सिमेंट काँक्रीट) चा शोध. १८५३मध्ये फ्रेंच उद्योजक फ्रांको कॉनेतने पॅरीसच्या उपनगरात काँक्रीटमध्ये लोखंडाचा वापर करून चार मजली इमारत बांधली. पण कॉनेतच्या लोखंड काँक्रीटमध्ये कुठे वापरले या बांधकामाच्या वर्णनावरून, त्याला आरसीसीच्या मूलभूत तत्त्वांची पूर्ण माहिती होती असे अभ्यासकांना वाटत नाही. त्याच सुमारास इंग्लंडमध्ये न्यू कॅसल येथे विल्किन्सन याने दुमजली आरसीसी इमारत उभारली. शंभर वर्षांनी, सन १९५४ मध्ये जेव्हा ही इमारत धोकादायक म्हणून उतरवण्यात आली तेव्हा काँक्रीटच्या आतील लोखंड आरसीसीच्या नियमानुसार त्याच जागेवर होते. त्यावरून  सलोह काँक्रीटच्या सिद्धांताची त्याला पूर्ण माहिती होती हे लक्षात येते.

आरसीसीचे पेटंट मात्र फ्रेंच शास्त्रज्ञ जोसेफ मोनिए याच्या नावावर आहे. १८७७ मध्ये कॉलम आणि बीममध्ये जाळीच्या स्वरूपात (ग्रीड) लोखंडाचा वापर याबद्दल त्याला हे पेटंट देण्यात आले. ताण घेण्यासाठी लोखंड आणि भार वाहण्यासाठी काँक्रीट याची मोनिएला पूर्ण कल्पना होतीच, पण काँक्रीटमध्ये नक्की किती प्रमाणात लोखंड वापरावे हे त्याला माहीत नव्हते. हे काँक्रीटमध्ये लोखंडाचे प्रमाण या विषयाबाबत, एक मुद्दा स्पष्ट करायला हवा. ढोबळमानाने लोखंडाची किंमत सारख्या वजनाच्या काँक्रीटपेक्षा २५ पटीने जास्त असते. त्यामुळे लोखंडाचे प्रमाण वाढल्यास, आर्थिक गणित बिघडू शकते. अरे हो, नव किंवा अति श्रीमंतापासून ते थेट ‘एकदाच घर होतं’ या भावनिक आवाहनाला बळी पडणाऱ्या सर्वासाठी; प्रमाणापेक्षा जास्त लोखंड वापरल्याने, बांधकाम मुळीच सुरक्षित होत नाही, उलट ते जास्त धोकादायक होतं. गोव्यापासून ओरिसा, झारखंडपर्यंतच्या लोह खनिजाच्या बेसुमार उत्खननाने होणारा पर्यावरणाचा ऱ्हास, आदिवासींची पिळवणूक आणि नक्षलवादाची भळभळती जखम याचा स्थापत्य अभियंत्याशी काहीच संबंध नाही असं समजणं, हे म्हणजे हस्तीदंती मनोऱ्यातून केलेलं तंत्रज्ञानाचं हस्तांतरण.

१९७०च्या दशकापर्यंत आपल्या देशात आरसीसीसाठी मऊ (प्लेन बार्स) गज वापरले जात. आज आपण जाहिरातीत पाहतो ते पिळाचे गज (टॉर स्टील) ८० च्या दशकात आले. त्याचा शोध अन्रेस्ट रान्सम याच्या नावावर आहे, जवळपास १०० वर्षे अगोदर अमेरिकेत. पिळाच्या गजाचा आणि काँक्रीटचा जोड (बाँड) हा जास्त मजबूत होतो. तसेच त्याची ताण व भार असे दोन्ही सहन करण्याची शक्ती जास्त असते. त्यामुळे प्लेन बार्सचा वापर आज अत्यंत मर्यादित झाला आहे, या रान्समने अमेरिकेत प्रथम आरसीसीचा वापर पुलाचे डिझाइन करण्यासाठी केला. जाता जाता विल्यम वॉर्डने १८७१मध्ये प्रिय पत्नीसाठी अग्निप्रतिबंधक घर बांधलं. खाजगी इमारतीत सलोह काँक्रीटचा हा पहिला वापर. बघा म्हणजे आपल्याकडेच पत्नीसाठी  ताजमहाल बांधणारे शहाजहान होते असं काही नाही. तिकडच्या फॉरेनमध्येही होतेच.

अर्थात अग्निरोधक किंवा प्रतिबंधक हा आरसीसीचा अत्यंत महत्त्वाचा गुणधर्म. आजच्या भाषेत युनिक सेलिंग पॉइंट. कुठल्याही बांधकामाचा मूलभूत भार घेणारा सांगाडा हा बहुतांशी आरसीसी, लाकूड किंवा लोखंड (दगड विटा फक्त, सांगाडय़ाच्या मधल्या मोकळ्या जागा भरून काढतात) यापासून बनलेला असतो. लाकूड तर अत्यंत ज्वलनशील. लोखंड हे उष्णतेचे उत्तम वाहक (गुड कन्डक्टर ऑफ हीट). गॅसवरचं स्टीलच भांडं चहा उकळायला लागल्यावर हाताने उचलता येणार नाही. पण घरातील जुनी सिमेंटची कुंडी, नवीन झाड लावण्यापूर्वी जंतुनाशक करण्यासाठी गॅसवर तापवून, भाजून घ्या. बऱ्याच वेळपर्यंत सहज उचलू शकाल. उष्णता जशी जशी वाढत जाते तशी लोखंडाची भार वाहण्याची शक्ती भराभरा कमी होऊ लागते. स्टील किंवा इतर धातूंचा आकार बदलायला लागतो, किंवा ते वेडेवाकडे होऊ लागतात. सलोह काँक्रीटच्या बाबतीत बऱ्याच वेळेपर्यंत इमारत आपल्याला साथ देते. आपल्या देशात इमारतीला आग लागून होणारे मृत्यू हे बहुतेक धुरात गुदमरून, आगीचा बंब अरुंद रस्त्यामुळे जागेपर्यंत न पोहोचू शकल्याने होतात. आरसीसी इमारत आगीने शक्यतो पडत नाही.

आता विरोधाभास पाहूयात. भारतासारख्या विकसनशील (की अविकसित) देशात बहुतेक काँक्रीटचा सांगाडा इमारत बांधकामासाठी वापरलेला असतो. तर विकसित देशात (म्हणजे आपल्याला मुलगा किंवा जावई सेटल व्हावेत असं वाटतं तो देश) बांधकामात स्टीलचा सांगाडा म्हणून वापर, अविकसित देशापेक्षा अनेक पटीत जास्त आहे. त्याची कारणे समजून घेऊया. स्टीलच्या सांगाडय़ाचं वजन काँक्रीट सांगाडय़ापेक्षा बरंच कमी असतं. अगदी ५०% ते ६०% इतकं कमी असू शकतं. मागच्या एका लेखात तळमजल्याचे पिलर आकाराने मोठे का असतात हे आपण पाहिलं होतं. सांगाडय़ाचं वजन कमी झाल्याने एकूणच पिलरचा आकार कमी होतो. वापराची जागा वाढते. इमारतीचा सर्व भार पायापर्यंत पोहोचतो. वरचा भार कमी झाल्याने पायाचा आकारही कमी होतो. काही वर्षांनी इमारतीच्या सांगाडय़ात बदल करायचे ठरले तर काँक्रीटच्या तुलनेत स्टीलमध्ये फारशी तोडफोड न होता सुधारणा करता येते. स्टीलचा सांगाडा अल्पावधीत उभारता येतो. या व अजूनही काही तांत्रिक कारणांनी स्टीलचा वापर इमारत बांधकामात  वाढतो आहे. सहज म्हणून, एकूण स्टीलच्या खपाची जागतिक सरासरी प्रति माणशी प्रति वर्ष २०८ किलो आहे. तर भारताची अवघी ६१ किलो. ग्रामीण भागाची सरासरी तर १० किलो इतकी तुटपुंजी आहे. (स्टील मिनिस्ट्री रिपोर्ट २०१७) वरील सर्व कारणांमुळे, महत्त्वाच्या आणि गगनचुंबी इमारतीत स्ट्रक्चरल स्टीलचा सांगाडा करून अंतर्गत सजावटीने तो  झाकलेला असतो. मॅनहटन येथील वर्ल्ड ट्रेड सेंटर इमारतीचा पूर्ण सांगाडा असाच स्ट्रक्चरल स्टीलमध्ये होता. पण २००१च्या आत्मघातकी हल्ल्यात,  विमान इमारतीला धडकल्याच्या आघाताने व विमानातील इंधनाचा स्फोट होऊन लागलेल्या प्रचंड आगीमुळे हा सांगाडा जवळजवळ वितळला. अर्थात पूर्ण इमारत कोसळली. अतिरेक्यांनी एक विमान अमेरिकेच्या मुख्य लष्करी तळ पेंटॅगॉनवरही धडकविले. पण पेंटॅगॉनमधील बहुतेक इमारतींचे सांगाडे काँक्रीटचे असल्याने इमारतीचा काही भाग पडला, संपूर्ण इमारत पडली नाही. त्यामुळे जीवित व वित्तहानी त्या ठिकाणी फारशी झाली नाही. पण या अनुभवातून धडा घेऊन विकसित देशात पुन्हा काँक्रीटच्या सांगाडय़ाचा वापर वाढला आहे. चला सांगायला झालं, ५००० वर्षांपासून आमच्याकडे जे ज्ञानं होतं ते, पाश्चिमात्यांना आता कुठे उमगू लागलं आहे.

तर काँक्रीटच्या अशा अग्निरोधक गुणधर्मामुळे, १९व्या शतकात ब्रिटनमध्ये कापूस आणि लोकरीच्या गिरण्यांच्या बांधकामाला चालना मिळाली. वाईन साठविण्यासाठी म्हणून, १८७० च्या सुमारास लंडनमध्ये चार मजली गोदाम बांधण्यात आलं. ओतीव लोखंडाचे पिलर आणि बाकी सर्व बांधकाम काँक्रीटमध्ये असणारी ही इमारत तिच्या  प्रत्येक पिलरवर १०० टन इतका भार येतो अशी माहिती बांधकामाच्या नोंदीत दिलेली आहे. इसेक्समध्ये १८७३ ला बांधलेला डाऊन हॉल ही त्या काळातील काँक्रीटची सर्वात भव्य म्हणून गाजलेली इमारत. या इमारतीचा इंजिनीअर फ्रान्सिस ड्रेक. इमारतीचं बांधकाम चालू असताना जे तात्पुरते आधार दिलेले असतात त्याचं पेटंट त्याने मिळविलं. अगदी आजमितीला कुठल्याच अभियांत्रिकी कॉलेजमध्ये या तात्पुरत्या बांधकामाची (त्याला फॉर्म वर्क म्हणतात) संरचना शिकविली जात नाही. अर्थात अपवाद वगळता सर्व इंजिनीअर फॉर्म वर्कसाठी मिस्त्रीवर अवलंबून राहतात. आणि मग बांधकाम चालू असताना ज्या दुर्घटना घडतात (पुलाचा गर्डर पडण्यापासून तर काँक्रीट करत असताना स्लॅब पडण्यापर्यंत) त्यात सर्वात जास्त वाटा फॉर्म वर्कमधल्या चुकांचा असतो. अरे हो, मध्य लंडनपासून अध्र्या तासाच्या अंतरावर असणारा हा डाऊन हॉल मात्र आजही पॅलेस हॉटेल म्हणून उभा आहे.

इंग्लंडमध्ये होमर्सफील्ड येथे कास्ट आयर्नचा सांगाडा बनवून त्याला काँक्रीटचं आवरण घालून १८७०  मध्ये पूल बांधला गेला. अगदी आजही तो सुस्थितीत आहे. याच्याच आसपास इंग्रजांनी आपल्यावर राज्य करत असताना रस्ता व रेल्वेसाठी अनेक पूल उभारले (ज्यातील अनेक आजही वापरात आहेत) पण ते सर्व एकतर लोखंडी किंवा दगड विटांचे (मेसनरी) आहेत. कारण लोखंड व दगडी बांधकामाचं तंत्रज्ञान आधीच विकसित झालं होतं. आरसीसी अजून बाल्यावस्थेत होतं. आणि कडक शिस्तीचा बनिया असा लौकिक असणारा इंग्रज, अपघाताची  शक्यता असणारे प्रयोग दुसऱ्या देशात करणार हे संभवनीय नव्हतं.

तर असं लोखंड आणि काँक्रीटचं प्रमाणीकरण झालेलं नसल्याने, तत्कालीन इंजिनीअर आणि शास्त्रज्ञ ‘चुका करा आणि शिका’ (ट्रायल अँड एरर) अशा असुरक्षित पद्धतीने काँक्रीटच्या वेगवेगळ्या प्रमाणात लोखंड वापरून बांधकाम करत होते. न्यूयॉर्कच्या हयातने १८७८ मध्ये अमेरिकेतील पहिलं आरसीसीचं पेटंट मिळवलं; लोखंडाचा काँक्रीटमध्ये किफायतशीर (इकॉनॉमिक) वापर कसा करावा यासाठी. आरसीसी हे अभ्यास आणि प्रयोग करून सिद्ध झालेलं शास्त्र आहे हा पाया हयातने रचला.

khandeshe.abhay@gmail.com

First Published on September 1, 2018 12:18 am

Web Title: what is concrete