स्थापत्य - एक कला भाग १

डिस्क्लेमरः मी एक मारुन मुटकून स्थापत्य अभियंता आहे. लेखात मांडलेली मतं ही इंजिनिअरींगच्या थोड्याफार अभ्यासात व आतापर्यंतच्या अनुभवावरुन मांडलेली असून ती जशीच्या तशी खरी असण्याचा जास्तीत जास्त प्रयत्न केलेला आहे. या उप्पर जाणकार व्यक्तींना या मध्ये अधिक भर घालायची असल्यास अथवा दुरुस्त करावयाची असल्यास सप्रमाण मांडून व्यक्त केल्यास त्यांचे स्वागत आहे. या लेखमालेमध्ये जमेल तशी भर घालत राहण्याचा प्रयत्न आहे मात्र त्या लेखमाला सोडून इतर पालथे धंदे करताना आढळल्यास हिणवू नये ही नम्र विनंती. आमचा तोच मुख्य व्यवसाय आहे.
लेखमालेमध्ये आनुषंगिक इंग्रजी शब्द येतील. अनुवाद सुचवावेत.
-------------------------------------

प्रास्ताविकाचाच भाग थोडा अधिक सविस्तर आणि सविस्तार मांडण्याचा प्रयत्न मुद्दाम करत आहे. याचं कारण पुढं येईलच.

कुठलीही इमारत बांधताना आधी पाया नि नंतर कळस हाच जगत्मान्य क्रम वापरला जात असला तरी तिचं डीझाईन करताना आधी कळसाचं वजन पासून ते पाया असाच विषय येतो. कारण सगळ्याचीच भारवाही आपली भूमाता असली तरी वरुन येणारं वजन हे हळूहळू एका मेम्बरकडून दुसर्‍या मेम्बरकडे स्थानांतरीत होऊन नंतर ते जमिनीकडे स्थलांतरीत होत असतं.

इमारती वर येणार्‍या भारांमध्ये
१.इमारतीचं स्ववजन किंवा डेड लोड (Dead Load) : इमारत ज्यापासून बनली ते सगळे घटक म्हणजे दगड, वाळू, वीट, छप्पर आणि छप्परावरचा वॉटर प्रूफींगसाठी वापरलेला भाग, पाण्याची टाकी बांधलेली असली तर त्या टाकीमधल्या पाण्याचं वजन विचारात घेऊन एकूण वजन इ.इ.
२.लाईव्ह लोड (Live load) :माणसं, फर्निचर, अनेक इकडून तिकडे हलू शकणार्‍या वस्तू इत्यादी,

३. वार्‍याचा दाब किंवा विन्ड लोड (Wind Load): त्या त्या भागातल्या हवामानानुसार हा अनेक दिशांतून विचारात घ्यावा लागतो

४. भूकंपप्रवण क्षेत्रानुसार भूकंपामुळं येणारा ताण किंवा सीस्मिक लोड (Seismic Load) : हा अत्यंत आगंतुक विषय असला तरी तो विचारात घ्यावाच लागतो. प्रत्येक देशातल्या भूकंपाच्या इतिहासानुसार कुठे कुठे अधिक तीव्रतेचे भूकंप झाले आहेत याचा अभ्यास करुन काही 'झोन' ठरवले गेले आहेत. त्यानुसार कमी तीव्रतेच्या क्षेत्रतेसाठी अमुक एक लोड विचारात घेतला जातो.

५. ठराविक भागातल्या हवामान नि वातावरणानुरुप :
अ. स्नो लोड (Snow Load) जिथं जिथं बर्फवृष्टी होते अशा सर्व ठिकाणी
ब. पुरामुळं निर्माण होऊ शकणारा दाब (Flood Load)
क. जमिनी च्या प्रॉपर्टीजमुळं- दलदलीची वगैरे (Earth Load)

अशा रितीने इमारतीला कोणकोणत्या दाबांना तोंड द्यावं लागणार आहे या सगळ्याचा प्रामुख्यानं विचार केला जाऊन इमारत डीझाईन केली जाते.
एका साध्या खोली सारख्या डिझाईनमध्ये काय क्रमानं लोड ट्रान्सफर होतं ते आपण पाहू

सगळ्यात वर असलेला इमारतीचा भाग आपल्या लगतच्या खालच्या मेम्बरकडे लोड ट्रान्सफर करतो. सुरुवातीच्या भागात पाहिलं तसं मुख्यत्वे जो आपला वावरण्याचा भाग ज्याला (फरश्यांखाली) स्लॅब म्हणतात त्यामध्ये विविध दिशांनी लोड ट्रान्सफर होत असतं. हे लोड ट्रान्सफर आधी सेकंडरी बीम (Secondary Beams) व त्यावरुन प्रायमरी बीम (Primary Beam) वर (तुळयांवर) येऊन या तुळया ज्या उभ्या खांबांवर (Columns) टेकलेल्या असतात त्यावरुन खाली फाऊन्डेशन वर म्हणजे पायाकडं स्थलांतरीत होतं.

पायाचं महत्त्व काय हे सगळ्यांनाच माहिती आहे तरीही
पाया म्हणजे उगाच एक ठोकळा ज्या द्वारे वरचं वजन खाली स्थलांतरीत होतं असं नाही.
ज्या मार्फत इमारतीचं वजन सुरक्षेचा विचार करुन (कॉलम्स व वरच्या मेम्बरमधून खाली स्थलांतरीत होऊन) तसेच कुठल्याही प्रकारे इमारतीला कमीअधिक प्रमाणात खचण्यापासून किंवा इमारत कलणं टाळणं साधलं जाऊन खालच्या जमिनी च्या ग्रहण क्षमतेचा विचार करुन डिझाईन केलेला एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे पाया असं मानता येईल.

इमारतीचा पाया कसा असावा हे मुख्यत्वे जमिनीच्या किंवा मातीच्या तोलून धरण्याच्या क्षमतेवर अवलंबून असतं. याशिवाय किंवा याबरोबर इमारतीची उंची, रचना आणि त्यामुळं ठरणारं तिचं वजन हे घटक देखील पाया कसा असावा हे ठरवतात.

पाया किंवा फाऊन्डेशन बनवण्याचे साहजिक वेगवेगळे प्रकार असतात.
खोलवर जाणार्‍या किंवा न्याव्या लागणार्‍या प्रकाराला डीप फाऊन्डेशन (Deep Foundations) असं प्राथमिक नाव आहे
तर जिथं फारसं खोल जावं लागत नाही अशा प्रकाराला शॅलो फाऊन्डेशन (Shallow Foundations) असं नाव आहे.

डीप फाऊन्डेशन मध्ये पाईल फाऊन्डेशन (Pile Foundation) तसेच पियर फाऊन्डेशन (Pier Foundation) असे उपप्रकार आहेत.

पाईल फाऊन्डेशन हे मुख्यत्वे जमिन जिथं काहीही कारणानं वजन पेलून धरायला अक्षम आहे अशा ठिकाणी वापरलं जातं. खूप खोलपर्यंत काळी माती आहे, खडक नाही, मुरुम सुटत आहे, दलदल आहे, वाळू आहे अशा ठिकाणी खोलवर पाईल खणल्या जाऊन किंवा ड्रेन केल्या जाऊन त्यात लोखंडाच्या सळया सोडून त्यात काँक्रीट ओतून किंवा तयार काँक्रीटचे खांबच्या खांब त्या पोकळी मध्ये खुपसले जाऊन त्यावर फाऊन्डेशन उभं केलं जातं. यामध्ये पाईल्स खालच्या कठिण स्तरापर्यंत तरी नेल्या जातात (End Bearing) किंवा अशा पद्धतीनं आतपर्यंत रुतवल्या जातात जेणेकरुन त्या खाली आणखी जाणं शक्य होणार नाही. (Friction Piles)

समुद्रातले मोठेले पूल, खाडीसारख्या पाणथळ किंवा दलदलीच्या जागा यामधल्या पाईपलाईन्स किंवा इमारती, डोंगर पर्वतांमध्ये उभे राहणारे इलेक्ट्रिक टॉवर, घरं या सगळ्याच्या पायांसाठी पाईल नि पियर फाऊन्डेशन म्हणजे वरदान आहे.

शॅलो फाऊन्डेशन हे मुख्यतः जिथं जमिन योग्य प्रकारे वजन पेलू शकते अशा प्रकारच्या जमिनीसाठी वापरलं जातं. यात देखील अनेक प्रकार आहेत ते पुढच्या भागात पाहू.