काँक्रीट : बांधकामाचे एक साहित्य. खडी व वाळू यांसारख्या कणमय पदार्थांचे पोर्टलॅंड सिमेंटसारख्या संयोजी पदाथाने संयोजन करून तयार केलेल्या पदार्थांस काँक्रीट म्हणतात. हल्ली सिमेंट काँक्रीट म्हणजेच काँक्रीट असे बहुधा म्हणण्यात येऊ लागले आहे. तथापि काँक्रीटमध्ये सिमेंटऐवजी दुसरा एखादा पदार्थ संयोजक म्हणून वापरल्यास अशा काँक्रीटला विशेष नाव देतात. सिमेंट व पाणी यांच्यामधील रासायनिक विक्रियेमुळे खडी आणि वाळू एकत्र संयोजिले जातात व ते मिश्रण अगदी दगडासारखे टणक आणि सामर्थ्यवान बनते. काँक्रीटच्या प्रबलित (पोलादी सळ्या किंवा जाळ्या घालून अधिक बलवान केलेले, रिइन्फोर्सड), पूर्वप्रतिबलित (काँक्रीटमधील सळ्यांना ताण देऊन नंतर त्या कॉंक्रीटमध्ये गाडणे, प्रीस्ट्रेस्ड) इ. अतिशय सामर्थ्यवान प्रकारांच्या साहाय्याने कोणत्याही आकाराची निर्मिती सहज सुलभतेने करता येत असल्यामुळे काँक्रीटला आधुनिक काळात स्थापत्य क्षेत्रामध्ये अनन्यसाधारण महत्त्व प्राप्त झाले आहे. हमरस्ते, पूल, धरणे, लहानमोठ्या इमारती, कृषी बांधकामे, विमानतळावरील धावपट्ट्या, नळ, बंदरे इ. अनेक लहान मोठ्या बांधकामांकरिता काँक्रीटचा उपयोग केला जात आहे.

बॅबिलोनिया, ॲसिरिया, ईजिप्त इ. विविध देशांतील लोकांनी अनेक प्रकारांचे संयोजी पदार्थ शोधून काढले व त्यांचा उपयोग करून काँक्रीट तयार करून मजबूत बांधकामे केली. इ. स. १८०० च्या सुमारास पोर्टलॅंड सिमेंटचा शोध लागेपर्यंत चुन्याचेच विविध प्रकार संयोजी पदार्थ म्हणून वापरले जात होते. १८२५ च्या सुमारास प्रथमत: इंग्लंडमध्ये पोर्टलॅंड सिमेंटचा वापर सुरू झाला. इ. स. १९०० च्या सुमारास काँक्रीटकरिता पोर्टलॅंड सिमेंट सर्रास वापरण्यात येऊ लागले [→ सिमेंट].

सु. १९४५ पासून, विशेषत: पूर्वप्रतिबलित काँक्रीटच्या प्रसारामुळे, दर्जेदार कॉंक्रीट तयार करण्याचे महत्त्व सर्वमान्य झाले आणि काँक्रीट निर्मितीचे शास्त्र हा वास्तुशास्त्रातील अत्यंत महत्त्वाचा विभाग बनला आहे. काँक्रीटच्या घटकांची निवड व प्रमाण ठरविण्याच्या सैद्धांतिक संशोधनाबरोबरच त्या घटकांचे योग्य प्रकारे मिश्रण करणे, ते साच्यात व्यवस्थितपणे ओतणे आणि ठासून घट्ट बसविणे इ. कामांसाठी वापरावयाच्या नवनवीन पद्धतीच्या यंत्रसामग्रीसाठीही फार मोठ्या प्रमाणावर संशोधन झालेले आहे व होत आहे.

काँक्रीटचे घटक : खडी, वाळू, सिमेंट व पाणी हे काँक्रीटचे घटक होत. भारतीय मानक संस्थेने प्रमाणित केलेल्या ४.७५ मिमी. चौरस आकाराची भोके असलेल्या चाळणीतून जिचा बहुतांश (९० ते ९५ टक्के) भाग चाळला जातो ती बारीक खडी व चाळणीवर ‌शिल्लक राहते ती जाड खडी असे खडीचे दोन ढोबळ प्रकार मानतात. नैसर्गिक वाळू किंवा दगड वा गोटे फोडून तयार केलेली बारीक कच बारीक खडी म्हणून वापरतात. नैसर्गिक गोट्यांचा किंवा गोटे वा दगड फोडून तयार केलेला मोठ्या खडीचा जाड खडीमध्ये अंतर्भाव होतो. याशिवाय श्रेणीयुक्त व समकणाकार अशाही प्रकारे खडीची वर्गवारी करतात. कोणतीही खडी तिच्यातील मोठ्यात मोठ्या कणाच्या आकारमानाप्रमाणे संबोधिली जाते. उदा., ४० मिमी. याचा अर्थ खडीतील मोठ्यात मोठ्या कणाची जास्तीत जास्त लांब बाजू ४० मिमी. आहे असा होतो. श्रेणीयुक्त खडीमध्ये तिच्या नामाभिधानात दर्शविलेल्या आकारमानापासून विविध प्रकारच्या कमी कमी आकारमानांचे कण असतात. यामुळे लहान खडे मोठ्या खड्यांमधील पोकळीत सामावले जातात व खडीच्या सघनतेत भर पडते. समकणाकार खडीमध्ये मात्र बहुतांश कण एकाच आकारमानाचे असतात. सामान्यत: श्रेणीयुक्त खडीच काँक्रीटसाठी वापरतात.

खडी कठीण, सामर्थ्यवान, सधन, टिकाऊ, स्वच्छ व इतर कोणत्याही पदार्थाच्या आवरणापासून मुक्त असावी लागते. माती किंवा इतर क्षारीय संयुगे (अम्लाशी विक्रिया झाल्यास लवणे देणारी संयुगे) खडीस लपेटली असल्यास त्यांमुळे पाणी व सिमेंट यांच्यामध्ये होणाऱ्या रासायनिक विक्रियांवर प्रतिकूल परिणाम होण्याची शक्यता असते. चपट्या वा लांबट आकाराची खडी कटाक्षाने वगळतात. सामान्यत: अग्निज खडकांपासून उत्कृष्ट दर्जाची, टणक आणि रासायनिक दृष्ट्या बहुतांशी अक्रिय अशी खडी मिळते.

खडीची पुढील दृष्टीने तपासणी केली जाते : (१) कणमान व कणआकार (२) विघातक द्रव्ये व कार्बनी अपद्रव्ये यांचे प्रमाण (३) वि. गु., घनत्व, रिक्तता (पोकळी), शोषकता आणि फुगणे (४) झीज‌रोधक, दाबरोधक, सामर्थ्य इ. भौतिक गुणधर्म (५) एकजिनसीपणा (६) विघातक द्रव्ये (सिमेंटमधील) व खडी यांमधील रासायनिक विक्रिया (७) मूल खडकाचे भूविज्ञानाच्या दृष्टीने परीक्षण.

प्रवाल-शैल वा प्रवालीय वाळू किंवा झोत भट्टीतील (धातू तयार करण्यासाठी हवेच्या झोताचा उपयोग करणाऱ्या भट्टीतील) मळीपासून तयार केलेली खडी वगैरे प्रकारही सर्वसाधारण काँक्रीटसाठी वापरात आहेत. क्वचित ठिकाणी रोडेही (विटांचे तुकडेही) वापरतात. बराइट व मॅग्नेटाइट यांच्या खडीपासून तयार केलेले काँक्रीट अत्यंत जड असून ते अणुभट्टीच्या बांधकामात सुरक्षित आवरण म्हणून वापरतात. हलक्या वजनाच्या खडीचा वापरही दिवसेंदिवस मोठ्या प्रमाणावर होत आहे. इमारतीतील काँक्रीटचे निरनिराळे भाग, भरीव वा पोकळ ठोकळे, पूर्वनिर्मित काँक्रीटचे पदार्थ इत्यादींसाठी हलक्या खडीचा उपयोग केल्यामुळे त्याचे वजन कमी होते व त्यामुळे बांधकामाच्या खर्चातही बचत होते. पमीस, लाव्हारसावरील मळी आणि अर्धवट जळलेले कोळसे हे नैसर्गिक रीत्या मिळणारे पदार्थ खडीऐवजी वापरतात. प्रक्रिया केलेल्या झोतभट्टीतील मळीपासून किंवा स्लेट, शेल, चिकणमाती व ज्वालामुखीतून बाहेर पडणारे पर्लाइट, व्हर्मिक्युलाइट, डायाटमाइट, अभ्रक, राख इ. पदार्थ भाजून, फुलवून तसेच ॲस्बेस्टस भट्टीतील अवशिष्ट खंगर, फिनिल मळी यांपासूनही अशी हलक्या प्रकारची खडी तयार करतात. अशा प्रकारच्या खडीपासून तयार केलेले काँक्रीट विशिष्ट आकारात कापता येते. त्यात खिळेही ठोकता येतात.

स्थूल भागाच्या मानाने काँक्रीटमध्ये सिमेंटचे प्रमाण खूपच कमी असते. परंतु सामर्थ्याच्या दृष्टीने अत्यंत महत्त्वाचा आणि अत्यंत महाग असा हा घटक आहे. सिमेंटच्या गुणवत्तेवर अखेर काँक्रीटचे गुणधर्म व दर्जा अवलंबून असतात. सिमेंट वापरण्यापूर्वी त्याची सूक्ष्मता, प्राथमिक व अंतिम घट्ट होण्याचा अवधी, संकोची सामर्थ्य इ. गुणधर्म मानक संस्थेने निश्चित केलेल्या प्रमाणांनुसार आहेत याची खात्री करून घेतात. फार जुने किंवा गोळे झालेले सिमेंट त्याज्य समजतात. सर्वसाधारण उपयोगाच्या पोर्टलॅंड सिमेंटखेरीज सिमेंटचे इतरही काही प्रकार उपलब्ध असून विशिष्ट गरजेनुसार त्यांचा वापर करण्यात येतो. उदा., शीघ्र सामर्थ्यग्राही सिमेंट, अल्पोष्म (आवळून येताना उष्णता कमी प्रमाणात बाहेर टाकणारे) सिमेंट, रंगीत सिमेंट इत्यादी [→ सिमेंट].

काँक्रीटसाठी वापरावयाचे पाणी शुद्ध, स्वच्छ व रंगरहित असावे. तसेच त्यात अम्ल वा क्षारीय संयुगांचा आणि तेलकटपणाचा अंशही नसावा. सर्वसाधारणत: पिण्यास उपयुक्त असणारे पाणी याही कामास उपयुक्त ठरते. पाण्याच्या प्रमाणावर आणि शुद्धतेवर काँक्रीटचे सामर्थ्य बऱ्याच अंशाने अवलंबून असते.

काँक्रीटच्या घटकांचे मिश्रण : जास्तीत जास्त सामर्थ्य, अधिकात अधिक घनता व आवश्यक तितकी कार्यसुलभता ह्या तीन निकषांवरतीच काँक्रीटचा दर्जा विशेषकरून अवलंबून असतो. इतर आवश्यक गुणधर्म या तीन प्रमुख गुणधर्मांशीच निगडित असतात. काँक्रीटचा दर्जा त्यातील घन घटकांच्या गुणधर्मांवर व प्रमाणावर अवलंबून असतो. तरीपण त्यातील पाणी व सिमेंट यांचे प्रमाण विशेष प्रभावी असते. खडी व वाळूभोवती सिमेंट लपेटून बसण्यासाठी व सिमेंटच्या रासायनिक विक्रयेची पूर्तता होण्यासाठी पाणी व सिमेंट ठराविक विशिष्ट प्रमाणात असावे लागते. त्यापेक्षा जास्त पाणी झाल्यास पाणी : सिमेंट गुणोत्तर वाढते व त्या प्रमाणात काँक्रीटचे सामर्थ्य कमी होत जाते (आ. 1). हे तत्त्व प्रथमत: डी. ए अब्राम्स यांनी १९१८ मध्ये मांडले.

 आ.१. पाणी-सिमेंट यांच्या प्रमाणानुसार काँक्रीटचे सामर्थ्य

काँक्रीटचा दुसरा अत्यावश्यक गुणधर्म म्हणजे घनता होय. घनता प्रामुख्याने स्थूलभागाच्या विशिष्ट श्रेणीयुक्त आकारमानावरच अवलंबून असते आणि घनतेमुळेच सामर्थ्य व विशेषकरून जलाभेद्यता निर्माण होते. त्या‌करिता कमीत कमी पोकळी राहील अशी श्रेणीयुक्त खडी व वाळू वापरतात. सर्वांत बारीक कणांतील पोकळी सिमेंट व पाण्याच्या मिश्रणाने भरण्यात येते.

स्थूलभागात विविध आकारमानांचे घटक कोणत्या प्रमाणात मिसळलेले आहेत, योच विश्लेषण भारतीय मानक संस्थेने प्रमाणित केलेल्या चाळण्यांच्या साहाय्याने केले जाते. बारीक खडीच्या पृथक्करणासाठी सात प्रमाणित चाळण्या एकावर एक ठेवण्यात येतात. या एक प्रकारच्या मनोऱ्यातील चाळण्यांची छिद्रे वरपासून खालपर्यंत क्रमाक्रमाने लहान (१० मिमी ते १५० मायक्रॉन) आकाराची होत गेलेली असतात. प्रथम अगदी वरच्या चाळणीमध्ये खडीचा (किंवा वाळूचा) नमुना ओततात. हा मनोरा हालवून खडी चाळतात ‌आणि प्रत्येक चाळणीवर उरलेल्या खडीचे वेगवेगळे वजन संपूर्ण खडीच्या वजनाच्या किती टक्के आहे ती टक्केवारी काढतात. जाड खडीसाठी खडीच्या मोठ्यात मोठ्या आकारमानाच्या चाळणीपासून ते ४.७५ मिमी. चाळणीपर्यंत क्रमाक्रमाने लहान आकारमानांची भोके असलेल्या प्रमाणित चाळण्या वापरतात. त्या प्रत्येक चाळणीवर उरलेल्या खडीचे वजन एकूण खडीच्या वजनाच्या किती टक्के आहे, तेही वरीलप्रमाणेच काढतात. या प्रमाणित चाळण्यांवर उरलेल्या खडीच्या टक्केवारीच्या बेरजेस शंभराने भागून येणाऱ्या संख्येस सूक्ष्मता मानांक असे संबो‌धितात. विविध प्रकारच्या बांधकामांस योग्य असे काँक्रीट बनविण्याकरिता वापरावयाच्या खडीतील बारीक व जाड आकाराच्या खडीच्या मानांकाच्या मर्यादा प्रयोगान्ती ठरविण्यात आल्या व त्यानुसार श्रेणीयुक्त खडी बनवून वापरतात.

कार्यसुलभता हा काँक्रीटच्या मिश्रणाचा तिसरा गुणधर्म होय. काँक्रीटचे मिश्रण वाहून नेणे, साच्यात ओतणे, ठासून घट्ट बसविणे आदी कामे सुलभतेने करण्यासाठी आवश्यक इतका प्रवाहीपणा ‌त्याच्यात असावा लागतो. गुंतागुंतीच्या आकारांतील साच्यांमध्ये किंवा प्रबलनाच्या पोलादी सळ्यांची दाटी आहे अशा साच्यांमध्ये कॉंक्रीट सर्व भागात शिरावे म्हणून काँक्रीटमध्ये प्रवाहीपणा जरा जास्तच असावा लागतो. याउलट, धरणांसारख्या जास्त जाडीच्या किंवा पायाभरणी वा जमिनीसारख्या विस्तृत अशा कामांसाठी अतिप्रवाही काँक्रीट चालत नाही. सु. दोन टक्क्यांहून कमी पोकळी राहिली की, पूर्ण घनीकरण झाले असे मानतात. कार्यसुलभतेच्या समस्येवर बरेच संशोधन होऊन शेवटी वातयुक्त काँक्रीटचा शोध लागला. काँक्रीटच्या घटकांचे मिश्रण करताना काही रासायनिक द्रव्ये काँक्रीटमध्ये मिसळतात किंवा अशा द्रव्यांनी युक्त असेच सिमेंट वापरतात. या द्रव्यांमुळे काँक्रीटमध्ये हवेचे बुडबुडे तयार होऊन ते खडीच्या कणांभोवती पाण्याबरोबरच आवरण तयार करतात व कार्यसुलभतेमध्ये वाढ करतात. सु. २.५ टक्क्यांपर्यंत हवेचे मिश्रण असले तरी मजबुतीत उणेपणा येत नाही.

जास्त कार्यसुलभता मिळविण्यासाठी व उपलब्ध खडी योग्य श्रेणीयुक्त करण्यासाठी आंतर-श्रेणीकरण ही पद्धत अवलंबितात. या पद्धतीत एकाच आकाराची समकणाकार जाडी खडी घेऊन तिच्यातील पोकळी मापतात. तिच्यात मिसळण्यासाठी उतरत्या श्रेणीयुक्त आकारमानाची अशी एकदम लहान आकारमानाची बारीक खडी वा वाळू वापरतात. या पद्धतीमुळे दोन प्रकारांची खडी साठवावी लागते आणि एकंदरीत जाड खडीचे प्रमाण जास्त झाल्यामुळे सुलभता वाढते. मात्र या पद्धतीत कणविभक्तीकरणाचा धोका असतो.

काँक्रीटचा प्रवाहीपणा व कार्यसुलभता मोजण्यासाठी अवपात परीक्षा किंवा घनतांश पद्धतीचा अवलंब करतात. अवपात परीक्षणासाठी बिनबुडाच्या समच्छिन्न शंकूच्या (शंकूला छेदणाऱ्या दोन समांतर प्रतलांतील शंकूच्या भागाच्या) आकाराचे पोलादी भांडे साचा म्हणून वापरतात. त्याचा व्यास वरच्या टोकास १० सेंमी. व खाली २० सेंमी. असून उंची ३० सेंमी. असते. या साच्यात काँक्रीटचे मिश्रण ती हप्त्यांत ओततात. प्रत्येक वेळी ते नीट ठासण्यात येते. नंतर साचा अलगद वर उचलतात आणि काँक्रीटची ढेप खाली राहते. काँक्रीटच्या प्रवाहीपणानुसार ढेपेची उंची खचून कमी होते. ही कमी झालेली उंची म्हणजे अवपात होय. जेवढा अवपात कमी तेवढे काँक्रीट घट्ट अथवा कमी प्रवाही असते. प्रयोगशाळांतून वा मोठाल्या बांधकामावर घनतांश पद्धती अवलंबितात.


कामांच्या अनुभवावरून व अनेक प्रयोगान्ती कोणत्या पद्धतीच्या बांधकामास किती अवपाताच्या वा घनतांशाच्या काँक्रीटची आवश्यकता आहे यासंबंधीचे आदर्श तक्ते तयार करण्यात आलेले आहेत. सामान्यत: अवपात परीक्षणाची पद्धतीच सोपेपणामुळे जास्त अव‌लंबितात.

कोणत्याही महत्त्वाच्या काँक्रीटच्या कामास ज्या गुणधर्माच्या काँक्रीटची आवश्यकता असते तशा प्रकारच्या काँक्रीटचे नमुने प्रथम प्रयोगशाळेत बनवून त्यांची अवपात परीक्षा तसेच ३, ७ आणि २८ दिवसांनंतरच्या संकोची सामर्थ्याची परीक्षा वगैरे घेऊन त्यांतील घटकांचे आकार व प्रमाण निश्चित करतात. याशिवाय काँक्रीटचे काम चालू असताना ते जागेवर ओतून ठासून झाल्याबरोबर त्यातील काँक्रीटचे काही नमुने वारंवार काढून घेऊन त्याच्या अवपात परीक्षेवरून ते काँक्रीट त्या कामास योग्य होत आहे याची खात्री करतात व अवश्य तेव्हा मिश्रणात फरक करीत राहतात. काम चालू असताना होणाऱ्या हवामानातील फरकाप्रमाणे त्यातील घटकांच्या, विशेषत: पाण्याच्या प्रमाणात फरक करावे लागतात.

काँक्रीटचे वर्गीकरण त्याच्या अंतिम संकोची सामर्थ्याप्रमाणे करण्यात येते. भारतीय मानक संस्थेने काँक्रीटचे एम. १००, एम. १५०, एम. २००, एम. २५०, एम. ३००, एम. ३५० व एम. ४०० असे वर्गीकरणाचे सात प्रकार प्रमाणित केले आहेत. एम. हे अक्षर मिक्स (मिश्रण) या इंग्रजी शब्दासाठी असून पुढील आकडे काँक्रीटच्या प्रायोगिक ठोकळ्यांमध्ये २८ दिवसांच्या कालावधीनंतर निर्माण होणाऱ्या संकोची सामर्थ्याचे (किग्रॅ./चौ. सेंमी.) निदर्शक आहेत. अशा प्रकारे इच्छित सामर्थ्य विचारात घेऊन विविध घटकांचे प्रमाण ठरवून काँक्रीट बनवतात, त्या काँक्रीटला नियंत्रित काँक्रीट असे म्हणतात.

स्वेच्छ मिश्रणाच्या पद्धतीत, सिमेंट : बारीक खडी वा वाळू : जाड खडी हे घन घटक १ : २ : ४, १ : १⋅५ : ३, १ : ३ : ६ या तऱ्हेच्या प्रमाणात घेऊन त्यात अवश्य तेवढे पाणी मिसळून तयार केलेल्या  काँक्रीटला सामान्य कॉंक्रीट म्हणतात. कमी महत्त्वाच्या कामासाठी सामान्य काँक्रीट वापरणे सोईस्कर व स्वस्त पडते.

नियंत्रित वा सामान्य काँक्रीटचे घटक प्रमाणात मापून घेण्याच्या दोन प्रमुख पद्धती आहेत : (१) आयतनी (घनफळात्मक) आणि (२) वजनी. दोन्ही पद्धतींत सिमेंटचे पोते एकक धरतात. एका सिमेंटच्या पोत्यामध्ये सु. ०⋅०३५ घ. मी. इतके सिमेंट असते आणि त्याचे वजन सु. ५० किग्रॅ. असते. इतर घटक याच्या पटीत घेतात. वाळूमध्ये अल्प प्रमाणात जलांश असताना वाळूचे आयतन वाढते. साधारणत: ० ते १०० टक्के (वजनी) जलांश असताना ३० टक्क्यांपर्यंत आयतन वाढते. हाच गुणधर्म अल्प प्रमाणात खडीमध्येही असतो. यामुळे काँक्रीटच्या घटकांचे मिश्रण आयतनी पद्धतींनी केले, तर वाळू ३० टक्क्यांपर्यंत कमी पडते आणि वजनाप्रमाणे केल्यास केवळ १० टक्क्यांपर्यंत कमी होते. ह्या फुगण्याच्या गुणधर्मामुळे अपेक्षेपेक्षा कमी प्रमाणात वाळू मिसळली जाऊन परिणामी अधिक सिमेंट वापरले जाते. वजनी पद्धतीत घटकाच्या प्रमाणात फारशी तफावत पडत नाही म्हणून महत्त्वाच्या कामासाठी वजनी पद्धतीचा अवलंब करतात. आयतनाप्रमाणे घटक घेताना वाळू जर ओली असेल, तर त्याचे आयतन २० ते ३० टक्क्यांनी प्रमाणापेक्षा जास्त घेतात.

काँक्रीटच्या घटकांची वाहतूक व साठवण फार काळजीपूर्वक करावी लागते. खडी जास्त प्रमाणात फुटून बारीक झाल्यास कार्याच्या सुलभतेवर विपरीत परिणाम होतो. सिमेंटची कोठी जलाभेद्य करावी लागते. शिवाय सिमेंटची पोती भिंतीपासून अंतर ठेवून आणि जलाभेद्य अशा जमिनीवर अगर लाकडी फळ्यांवर रचतात. धरणासारख्या मोठ्या कामांवर सुटे सिमेंट जलाभेद्य हौदातून साठवतात. सिमेंट फार काळ साठवून चालत नाही कारण हवेमुळे ते खराब होते. म्हणूनच जुने पण खराब न झालेले सिमेंट प्रथम वापरावयास काढतात. खडीसुद्धा स्वच्छ, कठीण, व जलाभेद्य जमिनीवर साठवतात. मोठमोठ्या बांधकामावर खडी साठवण्यासाठी सुद्धा पोलादी पत्र्याचे मोठाले हौद वापरतात.

काँक्रीट निर्मिती : एकदा काँक्रीटच्या घटकांचे प्रमाण ठरल्यावर ते एकत्र मिसळून काँक्रीट तयार करणे ही नंतरची पायरी होय. खडी, वाळू व सिमेंट यांचे प्रमाणबद्ध ढीग कोरडे कालवून नंतर त्यावर बेताबेताने पाणी ओतून फावड्याच्या साहाय्याने मिश्रण तयार करणे सोपे व कमी खर्चाचे असते आणि म्हणून कमी महत्त्वाच्या कामासाठी ही पद्धती वापरतात. मोठ्या कामासाठी आणि निश्चित गुणवत्तेची हमी अवश्य असेल अशा कामासाठी मात्र काँक्रीट – मिश्रकाचा (फिरत्या पिपाच्या साहाय्याने घटक एकजीव करून काँक्रीट तयार करणाऱ्या यंत्राचा) वापर करतात. मिश्रकात सर्व मिश्रण उत्तम प्रकारे ढवळले जाऊन खडी व वाळू यांच्या संपूर्ण पृष्ठभागावर सिमेंटचा थर चढू शकतो आणि परिणामी हे सर्व घटक उत्कृष्टपणे व थोड्या वेळात निबद्ध केले जातात.

आ. २. काँक्रीट निर्मिती : (१) दगडाची खाण, (२) खडी तयार करण्याचे यंत्र, (३) खडी भरण्याची जागा, (४) तारदोर वाहक, (५) खडीसाठी डबा, (६) खडी ओतण्याची जागा, (७) खडीचा साठा, (८) शीतलीकरण, (९) सिमेंटचे पत्रे, (१०) काँक्रीटचे घटक तोडून कालविण्याचे यंत्र, (११) काँक्रीट वाहक, (१२) रूळमार्ग, (१३) तारदोर मार्ग, (१४) सरकता मनोरा.

सतत काँक्रीट मिळत राहील असे अविरत मिश्रकही असतात. मिश्रण तयार करणे व ते जागेवर नेऊन ओतणे या क्रियांमध्ये कमीत कमी अवधी जावा म्हणून चल मिश्रक वापरतात. मिश्रण तयार होत असता ते ओतण्याच्या जागेकडे मिश्रक वाटचाल करतो. काँक्रीट ओतण्याच्या जागी पोहोचेपर्यंत ते सतत हलत राहील असे क्षोम मिश्रकही वापरतात. काँक्रीटचे रस्ते तयार करण्याकरिता जागेवर काँक्रीट तयार करून लगेच ते रस्त्यावर पसरणारे खास मिश्रक उपलब्ध आहेत.

ज्या ठिकाणी हजारो घन मीटर व श्रेष्ठ दर्जाच्या काँक्रीटचा वापर करावा लागतो (उदा., धरणे, रस्ते, पूल इ.) तेथे मिश्रण मोजून घेणे, कालविणे, वाहनात ओतणे वगैरे काँक्रीट तयार करण्यामध्ये अंतर्भूत असणाऱ्या सर्व क्रिया यांत्रिक रीत्या एकामागोमाग केल्या जातील अशी काँक्रीटच्या संयंत्राची जोडणी केली जाते (आ. २). कॉंक्रीट वाहून नेण्याची सामान्य पद्धत म्हणजे घमेली किंवा एकचाकी हातगाडीचा वापर करणे ही होय. महत्त्वाच्या आणि मोठ्या कामावर काँक्रीटची वाहतूक करण्यासाठी मोठ्या आकाराची आणि ओतण्यासाठी कलती होऊ शकतील अशी निमुळत्या तोंडाची पात्रे वापरतात. ही पात्रे यारीने, मोटरगाडीवरून, रुळावरून अथवा आकाशरज्जुमार्गाने नेतात. या पात्रांचा तळ उघडझाप करता येईल असा असून ही पात्रे इच्छित ठिकाणी वाहून नेऊन ओततात अथवा पंपाच्या साहाय्याने नळातून काँक्रीट इच्छित जागी पोहोचवून ओततात. उंच जागी काँक्रीट चढविण्याकरिता उच्चालक यंत्र वापरतात.

काँक्रीट ओतणे व ठासणे : या क्रिया करताना कणविभ‌क्तीकरण टळेल, साच्यांचे भाग व प्रबलन सरकणार नाहीत, सच्छिद्रता निर्माण होणार नाही, काँक्रीटकामाच्या विविध भागात व्यवस्थित जोड राहील, कमीत कमी आकुंचन होऊन भेगा पडण्याचे टाळले जाईल व बांधकामास आकर्षक दर्शनीय स्वरूप प्राप्त होईल याची काळजी घ्यावी लागते. काँक्रीट ओतावयाची जागा स्वच्छ व काँक्रीटचे वजन पेलेल अशी प्रथम करून घेतात. प्रत्यक्ष जमिनीवर काँक्रीट ओतण्यापूर्वी सु. २४ तास ती ओली ठेवतात. त्यामुळे काँक्रीटमधील पाणी शोषले जात नाही. खडकांचा पृष्ठभाग ‌अती गुळगुळीत किंवा हवेच्या परिणामांमुळे खराब झालेला असेल, तर तेवढ्या जाडीचा थर फोडून काढतात. धरणासारख्या महत्त्वाच्या बांधकामात तळ स्व‌च्छ करण्यासाठी अतिशय जोरदार पाण्याच्या झोताचा किंवा वालुका-क्षेपणाचा (दाबाखालील वायूच्या झोताच्या साहाय्याने वाळू वेगाने फेकण्याचा) अवलंब करतात.

काँक्रीट ओतण्याकरिता साचे व आधार लाकडी फळ्यांचे किंवा पोलादी तक्त्यांचे तयार करतात व लाकडी वासे किंवा पोलादी नळ्यांचा उपयोग भक्कम टेकू देण्याकरिता करतात. हे साचे स्वच्छ, स्थिर, समतल (एकाच पातळीत असणारे) आणि भेगारहित करून घेतात. त्यांना काँक्रीट चिकटून बसू नये म्हणून त्यांवर प्रमाणित तैल द्रव्याचे आवरण देतात. प्लॅस्टिकच्या द्रावाचा किंवा लाखेचा लेप दिलेले लाकडी तक्ते किंवा फळ्या यांचाही वापर होत आहे.

काँक्रीटच्या जुन्या आणि नव्या कामाचा जोड सांधण्यासाठी जुन्या कामाचा पृष्ठभाग जोरदार पाण्याच्या झोताचा किंवा वालुका-क्षेपणाचा अवलंब करून स्वच्छ करतात व त्यात खडबडीतपणा निर्माण करतात. नवीन काँक्रीट ओतण्यापूर्वी तो पृष्ठभाग ओला करतात. असा जोड जलाभेद्य करण्यासाठी त्याच्यात डांबर वा डांबरमिश्रित नमदा (फेल्ट) भरतात. प्रसरण व आकुंचन यांना प्रतिरोध करण्यासाठीही काही विशिष्ट अंतरावर जोड ठेवतात.

पुलांच्या आधारस्तंभासारख्या बांधकामासाठी जेव्हा काँक्रीटकाम प्रत्यक्ष पाण्यामध्ये करावे लागते, तेव्हा काँक्रीट ओतण्यासाठी मोठाले नळ, तळ उघडू शकणाऱ्या बंद बादल्या, पंप आदी साधने वापरतात वा काँक्रीट पोत्यांत भरून ती पोती पाण्यात बुडवितात. खोल पायांमध्ये काँक्रीट ओततानासुद्धा पोत्याच्या पद्धतीखेरीज याच पद्धती वापरतात.

काँक्रीटमध्ये जास्तीत जास्त घनता यावी, त्याचा आतील सळ्यांशी घनिष्ट बंध व्हावा, सर्व कानेकोपरे पूर्ण व व्यवस्थित भरले जावे आणि शेवटी सपाट पृष्ठभाग तयार व्हावा यांकरिता काँक्रीट ओतल्यावर ते ठासणे आवश्यक असते. ठासण्याचे काम हाताने करताना लाकडी वा लोखंडी दांड्याने ठोसून काँक्रीट सर्व कानाकोपऱ्यांत चिणतात आणि नंतर ते धुमसतात. पृष्ठभागावर सिमेंटचा द्रव दिसू लागेपर्यंत धुमसण्याची क्रिया चालू ठेवतात. आतील पोकळी पूर्ण भरल्याचे ते निदर्शक असते.

आ. ३. कंपन-दांडा.

काँक्रीट ठासण्याचे काम कंपित्राने (कंप पावणाऱ्या साधनाने) केले, तर ते हाताने केलेल्या कामापेक्षा जास्त सरस ठरते. अत्यंत जटिल आकाराच्या आणि विशेषत: लहान तोंडाच्या सांध्यातील काँक्रीट ठासण्यास कंपित्र उपयुक्त ठरते (आ. ३). कंपित्रे सामान्यत: चार प्रकारची असतात : (१) कंपन-दांडे, (२) पृष्ठ-कंपित्र, (३) बाह्य-कंपित्र आणि (४) कंपन-पाट. सामान्यत: कंपन-दांडेच वापरतात. ते सु. ०⋅५ – ०⋅७५ मी. अंतरावर काँक्रीटमध्ये सरळ उभे घुसवून ५ ते १५ सेकंद ठेवले जातात. रस्ते वा धरणाच्या कामात पृष्ठ-कंपित्र वापरतात. त्यांच्यामुळे पृष्ठभाग जास्त सपाट व गुळगुळीत होतो. कंपन-दांडा साच्यात घालणे कठीण असते. अशा ठिकाणी बाह्य-कंपित्र साच्यांना जोडतात व साचा हलवितात. पूर्वनिर्मित काँक्रीटचे पदार्थ (उदा., कृत्रिम दगड, जाळ्या वगैरे) तयार करताना कंपन-पाट वापरून त्यावर ठेवलेले साचे हलवितात. सामान्यत: कंपित्रात प्रती मिनिटास ४,००० ते ८,००० आणि विशेष प्रसंगी १२,००० कंपने होत असतात. कंपित्रे विजेच्या किंवा संपीडित (दाबाखालील) हवेच्या प्रेरणेने चालवितात.


 

 

 

काँक्रीटची तराई : सिमेंट व पाणी यांच्यातील रासायनिक विक्रिया अबाधितपणे पुरी होऊन काँक्रीट पूर्णपणे आळेपर्यंत ते सतत ओले ठेवणे आवश्यक असते. सुरुवातीला काँक्रीटमध्ये मिसळलेले पाणी, हवेतील तसेच रासा‌यनिक विक्रियेमुळे उत्पन्न होणाऱ्या उष्णतेमुळे किंवा बाष्पीभवनाने कमी होऊ लागते. अशा वेळी जर काँक्रीटला पाण्याचा पुरवठा केला नाही, तर त्याच्या सामर्थ्यावर फारच विपरीत परिणाम होतो. यामुळे रासायनिक विक्रिया द्रुतगतीने चालू असण्याच्या प्राथमिक अवस्थेत काँक्रीटला सतत आवश्यक तितक्या पाण्याचा पुरवठा केला जातो. या क्रियेस तराई करणे असे म्हणतात. सतत आर्द्रता राखून किंवा जलाभेद्य आवरणे वापरून किंवा कॅल्शियम क्लोराइडचा उपयोग करून तराई केली जाते. लाद्या किंवा रस्ते यांसारख्या पसरट पृष्ठभागाच्या समपातळीतील कॉंक्रीटच्या बांधकामावर मातीचे छोटे बांध घालून सु. ५ ते ७ सेंमी. खोलीची छोटी तळी तयार करतात. त्यांच्यामध्ये पाणी कायम राखण्यात येते किंवा अशा बांधकामांवर गवत, वाळू किंवा लाकडाचा भुसा पसरून ती सतत ओली ठेवण्यात येतात. काँक्रीटच्या तुळ्यांना किंवा खांबांना गोणपाट किंवा कॅनव्हास गुंडाळतात व पाणी शिंपडून ते सतत ओले ठेवण्यात येते. पूर्वनिर्मित काँक्रीटचे पदार्थ हवाबंद खोलीत वाफेमध्ये ठेवतात. काँक्रीट कमीत कमी ७ ते १४ दिवसांपर्यंत त्यावर दिवसातून बऱ्याच वेळा पाणी शिंपडण्यात येते. दुसऱ्या पद्धतीत पॉलिथिलीन प्लॅस्टिकचे तक्ते किंवा जलभेद्य कागद वापरतात. रासायनिक संयुगे वापरून काँक्रीटच्या पृष्ठभागावर जलाभेद्य आवरणे तयार करण्याची पद्धतही अमेरिकेत बरीच प्रचलित आहे. त्यामुळे काँक्रीटमध्ये आवश्यक तितके पाणी २८ दिवसांपर्यंत तरी सहज राहते. तिसऱ्या पद्धतीत कॉंक्रीटच्या पृष्ठभागावर कॅल्शियम क्लोराइडचे आवरण तरी देतात किंवा काँक्रीटमध्येच ते मिसळतात. कॅल्शियम क्लोराइड तीव्र आर्द्रताशोषक असल्यामुळे ते हवेतील आर्द्रता शोषून घेते व काँक्रीटला पुरविते. अर्थात त्यामुळेच ही पद्धत उष्णकटिबंधात फारशी उपयुक्त ठरत नाही. काँक्रीटमध्ये आर्द्रता राखण्याच्या दृष्टीने साच्यांच्या फळ्या वा तक्ते लवकर काढणे हे श्रेयस्कर ठरते. सामान्यत: ४ ते १२ दिवसांपर्यंत खाली दिलेले आधार काढीत नाहीत.

साच्यांच्या फळ्या काढल्यावर पृष्ठभागावरील अल्पसा खडबडीतपणा झाकण्यासाठी सामान्यत: गिलाव्याचा पातळ थर देतात. परंतु सौंदर्यवर्धनाच्या दृष्टीने निरनिराळ्या प्रकारच्या खास पद्धती अवलंबितात. अत्यंत गुळगुळीत, खडीदर्शक, फळ्यांच्या रेषा दर्शविणारी, रंगीत आदी अनेक प्रकारांची दर्शनी रचना करतात.

काँक्रीटचे गुणधर्म : (१) संकोची सामर्थ्य : कॉंक्रीटचे सामर्थ्य दिवसेंदिवस वाढतच जात असते. सुरुवातीच्या दिवसांत सामर्थ्य वाढण्याचे प्रमाण व गतीही खूपच असते. बहुतांश सामर्थ्य पहिल्या २८ दिवसांत निर्माण होते. काँक्रीटचे १५ सेंमी. मापाचे घनाकार प्रायोगिक ठोकळे तयार करतात. ते २८ दिवस पाण्यामध्ये ठेवतात व नंतर दाबयंत्राच्या साहाय्याने ते फुटेपर्यंत त्यांचे सामर्थ्य अजमावले जाते. काँक्रीटच्या सर्व गुणधर्मांमध्ये ती २८ दिवसांनंतरची संकोची सामर्थ्याची चाचणी मूलभूत महत्त्वाची मानली जाते. त्यावरूनच काँक्रीटचे प्रमाणित वर्गीकरण करण्यात आलेले आहे (कोष्टक क्र. १).

(२) टिकाऊपणा : घटकांच्या गुणधर्मांवर आणि काँक्रीटच्या ‌सच्छिद्रता व अपारगम्यता यांवर त्याचा टिकाऊपणा बहुतांशी अवलंबून असतो. पाणी व आर्द्रतेबरोबरच हवेतील व जमिनीतील कित्येक रासायनिक द्रव्येही शोषली जातात आणि त्यांच्या प्रक्रियेने विनाशकारक परिणाम होतात. म्हणूनच धरणे, पुलांचे आधारस्तंभ आदी ठिकाणी जास्तीत जास्त घन काँक्रीट वापरण्यात येते. काँक्रीट घन असले म्हणजे त्याची झीजही कमी होते. खडीचे यासंबंधीचे गुणधर्म आणि पाणी व सिमेंट यांचे गुणोत्तर कमी असणे यांवरही हा गुणधर्म अवलंबून आहे.

(३) आकुंचन : काँक्रीट आळून येत असताना त्याचे मोठ्या प्रमाणावर आकुंचन होते. त्यानंतर पुन्हा ओले होताना ते थोडे प्रसरणही पावते. हे आकारमानातील फरक तपमानातील बदल, हवेतील आर्द्रतेचे कमीजास्ती होणारे प्रमाण, काँक्रीटवर येणारा दाब, पाणी व सिमेंट यांचे गुणोत्तर, खडीचे गुणधर्म आदी कारणांवर अवलंबून असतात. या वारंवार होणाऱ्या फरकांमुळे तडे जाणे, भेगा पडणे, सामर्थ्य कमी होणे आदी दोष निर्माण होतात.

(४) विसर्पण : काँक्रीट संपूर्णपणे स्थितिस्थापक नसल्यामुळेच दिलेला दाब काढल्यानंतर ते पूर्णपणे पूर्वावस्थेला येत नाही. अशा प्रकारे त्याच्या आकारमानात निर्माण झालेली प्रतिविकृती (बदल) हळूहळू वाढत जाते. अशा हळूहळू वाढत जाणाऱ्या प्रतिविकृतीला विसर्पण म्हणतात. बऱ्याच वेळा जर दाब येणे व तो दूर होणे अशा क्रियांची पुनरावृत्ती होत गेली, तर विसर्पण वाढता वाढता प्रतिविकृतीची अंतिम मर्यादा संपते व काँक्रीटचा विनाश होतो. या दृष्टीने विसर्पण वाढीसंबंधी अनेक प्रयोग करून ती कमीत कमी राहण्याच्या दृष्टीने काँक्रीटची रचना करतात. सिमेंटचा प्रकार व सूक्ष्मता, खडीचा प्रकार, उष्णतामान, पाणी : सिमेंट गुणोत्तर, मिश्रणाची पद्धत आणि काँक्रीटचे वय यांवर विसर्पण अवलंबून असते.

(५) औष्णिक संवाहकता : ही काँक्रीटच्या घनतेवर म्हणजेच पर्यायाने खडीच्या घनतेवर अवलंबून असते. काँक्रीटच्या बांधकामाची जाडी जेव्हा जास्त असते (उदा., धरण) तेव्हा काँक्रीट आळत असताना फर प्रचंड प्रमाणावर उष्णता निर्माण होते. अशा वेळी अंतर्भाग व पृष्ठभाग यांच्यातील उष्णतेचा निचरा असमान प्रमाणात होत राहिल्याने विविध प्रतिबले (एकक क्षेत्रफळावरील प्रेरणा) व प्रतिविकृती निर्माण होतात. हे टाळण्यासाठी जास्त धन म्हणजेच जास्त औष्णिक संवाहक गुणधर्म असलेली खडी वापरणे आवश्यक असते. याउलट हलक्या वजनाच्या खडीपासून तयार केलेले काँक्रीट जास्त उष्णता प्रतिरोधक असते व म्हणूनच त्याचा निरोधक म्हणून उपयोग करतात. अमेरिकेतील ग्रँड कूली धरणाच्या किंवा पंजाबमधील भाक्रा धरणाच्या काँक्रीटच्या कामाच्या वेळी काँक्रीटमध्ये निर्माण होणारी उष्णता वाहून कोयना धरणावर सिमेंटखेरीज इतर घटकांचे मिश्रणापूर्वीचे तपमान उतरवून मिश्रणानंतरची उष्णतावाढ मर्यादेत ठेवली होती.

(६) अन्य गुणधर्म : ताण सामर्थ्य, श्रांती सहिष्णुता (वारंवार कमी-जास्त होणारे भार पेलण्याची क्षमता), संघात प्रतिरोधक (आघात पेलण्याचे) सामर्थ्य, बंध (पोलाद काँक्रीटमध्ये पकडून बसण्याचे) सामर्थ्य, स्थितिस्थापक मापांक (प्रतिबल आणि प्रतिविकृती यांचे गुणोत्तर), अग्निरोधकता आदी गुणधर्मांचाही विचार काही विशिष्ट बांधकामांच्या दृष्टीने महत्त्वाचा असतो. उदा., रस्त्यांसारख्या बांधकामांत सातत्याने भार येणे व निर्भार होणे यांची पुनरावृत्ती होत असते. तेथे श्रांती सहिष्णुता व ताणक्षमता यांचा प्रामुख्याने विचार करावा लागतो, तर कारखाने वगैरे ठिकाणी संघात प्रतिरोधक सामर्थ्य विचारात घ्यावे लागते.

सहस्रबुद्धे, व. द.

प्रबलित काँक्रीट

सिमेंट काँक्रीटचे ताण प्रतिबल संकोची प्रतिबलाच्या दशांशापेक्षाही कमी असते म्हणून सामान्यतः काँक्रीट ताण पेलू शकणार नाही असेच गृहीत धरतात. काँक्रीट संरचनेच्या कोणत्याही घटकावर ताण येण्याचा संभव असेल, तर अशा घटकासाठी साधे काँक्रीट वापरून भागत नाही. काँक्रीटच्या गुणधर्मातील ताण प्रतिबलाची कमतरता भरून काढण्यासाठी ताण घेऊ शकणार्‍या प्रबलकाचा वापर करणे आवश्यक आहे. पोलादाच्या अंगी ताण प्रतिबल भरपूर असल्याने त्याचा प्रबलक म्हणून उपयोग करणे शक्य आहे, असे एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात आढळून आले व त्यातून प्रबलित सिमेंट काँक्रीटच्या रचनेचा प्रारंभ झाला. टेम्स नदीखालील बोगद्याच्या कमानीत प्रबलित काँक्रीट वापरण्याचा प्रयत्न १८९२ मध्ये केल्याचे आढळते. प्रबलित सिमेंट काँक्रीटच्या शोधाचे श्रेय झोझेफ मॉन्ये (१८२३-१९०६) या माळीकाम करणार्‍या फ्रेंच संशोधकांना दिले जाते. त्यांना १८६७ मध्ये या शोधाचे पेटंटही मिळाले. त्यांना पोलादी जाळ्या वापरून सिमेंटच्या कुंड्या व कुंड बनविले. प्रतिबल आणि प्रतिविकृती यांचा शास्त्रशुद्ध विचार करून काँक्रीटचे नमन (वाकविणारे) प्रतिबल व कर्तन प्रतिबल (काटछेदाच्या एकक क्षेत्रफळावरील कर्तन प्रेरणा) वाढविण्यासाठी त्यात पोलाद कशा प्रकाराने वापरावे याची चिकित्सा १९०० साल उलटल्यानंतर होऊ लागली व प्रबलित सिमेंट काँक्रीटची उपयुक्तता पटल्याने त्याचा सर्वत्र उपयोग होऊ लागला.

काँक्रीट व प्रबलक मिळून एकजिनसी पदार्थासारखे काम मिळण्याकरिता प्रबलकात पुढील दोन मुख्य गुणधर्म असणे आवश्यक असते. (१) प्रतिबलांचे संक्रमण नीट होण्यासाठी दोन्ही घटकांत निकट बंध असावा आणि (२) दोन्ही घटकांतील औष्णिक बदलामुळे होणारे आकुंचन व प्रसरण सारखे असावे म्हणजेच दोन्ही घटकांचे औष्णिक गुणांक सारखे असावेत. या दृष्टीने पोलाद सर्वथैव योग्य असल्याने त्याचा प्रबलक म्हणून वापर करतात.

प्रबलित सिमेंट काँक्रीटच्या कोणत्याही संरचनेचा अभिकल्प (आराखडा) दोन पद्धतींनी करतात. पहिली युक्त प्रतिबल (कॉंक्रीट ढासळण्याच्या भाराच्या काही अंशाने दिलेला भार) पद्धत होय. ही पद्धत सामान्यत: बहुतेक कामांत वापरतात. काँक्रीटमध्ये निर्माण होणारी प्रतिबले कॉंक्रीटच्या स्थितिस्थापक मर्यादेपेक्षा जास्त असू नयेत या तत्त्वावर ही पद्धत आधारली आहे. या पद्धतीने केलेल्या अभिकल्पास स्थितिस्थापक अभिकल्प म्हणून ओळखतात. काँक्रीटवरील भारामुळे व प्रेरणांमुळे कॉंक्रीटमध्ये उत्पन्न होणारी प्रतिविकृती (या स्थितीस्थापक मर्यादेत) प्रतिबलाच्या ठराविक प्रमाणात असते. या मर्यादेपलीकडे प्रतिबले गेली, तर कॉंक्रीट थोड्याफार प्रमाणात आकार्य होऊ लागते म्हणजे काँक्रीटमध्ये विसर्पण भराभर सुरू होते व प्रतिबलाच्या मानाने प्रतिविकृती जास्त झपाट्याने वाढते या मर्यादेला शरण प्रतिबल म्हणतात. काँक्रीटवर शरण प्रतिबलापेक्षा भार आणखी वाढवीत जाऊन त्यातील प्रतिबले वाढविल्यास एका ठराविक मर्यादेनंतर कॉंक्रीट ढासळते. ही प्रतिबल मर्यादा म्हणजे अंतिम प्रतिबल होय. काँक्रीटची स्थितिस्थापकता नाहीशी होऊ लागण्यावेळचे प्रतिबल त्याच्या अंतिम प्रतिबलाच्या एकतृतीयांशापेक्षा किंचित जास्त असते. संरचनेमध्ये प्रमाणाबाहेर प्रतिविकृती निर्माण होणे इष्ट नसल्याने या पद्धतीत कॉंक्रीटमधील प्रतिबले अंतिम प्रतिबलाच्या एकतृतीयांशापेक्षा जास्त ठेवीत नाहीत. या मर्यादेस युक्त प्रतिबल म्हणतात. म्हणजेच काँक्रीटचा सुरक्षा गुणांक (अंतिम प्रतिबल व युक्त प्रतिबल यांचे गुणोत्तर) तीन धरतात. त्याप्रमाणे पोलादाचे युक्त प्रतिबल त्याच्या शरण प्रतिबलाच्या निम्म्याने धरतात म्हणजेच पोलादाचा सुरक्षा गुणांक दोन धरतात. या सुरक्षा गुणांकानुसार येणारी प्रतिबले ही अनुज्ञात (चालण्याजोगी) प्रतिबले होत (कोष्टके क्र. 1 व 2). संरचनेवर येणाऱ्या भारांमुळे व प्रेरणांमुळे काँक्रीटच्या कोणत्याही भागात उत्पन्न होणारी प्रतिबले अनुज्ञात प्रतिबलापेक्षा जास्त होणार नाहीत, अशा तऱ्हेने या पद्धतीत अभिकल्प करतात.


कोष्टक क्र. १. काँक्रीटवरील अनुज्ञात प्रतिबले (किग्रॅ. चौ. सेंमी.)

काँक्रीटचा दर्जा संकोची नमन प्रतिबले अक्षीय कर्तन प्रतिबलामुळे येणारे तिरकस प्रतिबल बंध सरासरी प्रतिबले स्थानीय नुसत्या काँक्रीटची काटछेदाच्या एकूण क्षेत्रफळावरील धारणाशक्ती
cb c q ba bc br
एम १०० ३० २५ २०
एम १५० ५० ४० १० ३०
एम २०० ७० ५० १३ ४०
एम २५० ८५ ६० १५ ५०
एम ३०० १०० ८० १० १७ ६०
एम ३५० ११५ ९० १० ११ १८ ७०
एम ४०० १३० १०० ११ १२ १९ ८०

(काँक्रीटमधील अनुज्ञात नमन ताण प्रतिबल हे अनुज्ञात कर्तन प्रतिबलाइतके घेतात)

 

कोष्टक. क्र. २. पोलादी सळयांवरील अनुज्ञात प्रतिबले

अनुज्ञात प्रतिबले (किग्रॅ. चौ./सेंमी)

पोलाद दर्जा

सळयांवरील प्रतिबलाचा प्रकार मृदु ऊर्जा मध्यम तन्य शक्तीचे उच्च तन्य शक्तीचे
भारतीय मानक ४३२ व १,१३९ प्रमाणे भारतीय मानक १,१७८६ व १,१३९ प्रमाणे
ताण प्रतिबल सळई व्यास ४० मिमी. पर्यंत १,४०० निश्चित शरण प्रतिबलाच्या निम्मे
सळई व्यास ४० मिमी. पुढे १,३०० वरीलप्रमाणे पण जास्तीत जास्त १,९००
सळई व्यास २० मिमी. पर्यंत २,३००
सळई व्यास २० मिमी. पुढे २,१००
संपीडित घटकातील मळसूत्री सळईवरील ताण प्रतिबल १,००० १,३०० १,६००
कर्तन प्रबलकामधील ताण प्रतिबल १,४०० १,४०० १,७५०
स्तंभातील सळयांवरील संकोची प्रतिबल १,३०० १,३०० १,७५०
तुळई किंवा तक्तपोशीत काँक्रीटचे संकोची प्रतिबल विचारात घेतले असेल तेव्हा सळयांतील संकोची प्रतिबल सळयांलगतच्या काँक्रीटमधील गणिताने येणारे प्रतिबल X मानांकीय गुणोत्तराची दीडपट

 

दुसरी परम भार अभिकल्प पद्धत होय. ही पद्धत पुष्कळशा पुढारलेल्या देशांत बहुश: वापरात असून भारतातही ती आता रूढ होऊ लागली आहे. युक्त प्रतिबल पद्धत ही काँक्रीट किंवा पोलादातील युक्त भारांमुळे येणाऱ्या प्रतिबलांवर आधारलेली आहे, तर परम भार अभिकल्प पद्धत ही संरचनेच्या परम भार शक्तीवर आधारलेली आहे. प्रत्यक्षात संरचना किंवा तिचा घटक कोणत्या भारामुळे भंगेल हे युक्त प्रतिबल पद्धत दर्शवीत नाही त्यामुळे संरचनेचे खरे सुरक्षिततामान या पद्धतीत कळू शकत नाही. परम भार ‌अभिकल्प पद्धतीत संरचनेची परम भार शक्ती माहीत असल्यामुळे तिचे खरे सुरक्षिततामान कळते. मात्र या पद्धतीत युक्त भारामुळे होणाऱ्या नमनाच्या प्रत्यक्ष परिस्थितीची कल्पना येत नाही. या पद्धतीत संरचनेवरील परम भार हा युक्त भाराच्या प्रकाराप्रमाणे युक्त भाराच्या वेगवेगळ्या पटींत धरतात. ही पट म्हणजे भार गुणांक होय. भारतीय मानकाप्रमाणे संरचनेवरील परम भार u हा पुढीलपैकी जास्तीत जास्त असलेला धरतात. (१) ज्या संरचनेत वाऱ्याचा अथवा भूकंपाचा परिणाम उपेक्षित धरता येईल तेथे u = 1⋅5DL + 2⋅2LL. यात DL = निश्चल भार व LL = चल भार. (२) ज्या संरचनेत वाऱ्याचा दाब WL विचारात घेण्यासारखा असेल तेथे

u = 1⋅5DL + 2⋅2 LL + 0⋅5 WL

किंवा

u = 1⋅5DL + 0⋅55LL + 2⋅2WL

यांपैकी प्रतिबलाच्या दृष्टीने क्रांतिक असणारा व (४) जेव्हा भूकंपीय प्रेरणा EL विचारात घेणे अवश्य असेल तेव्हा वरील समीकरणात WL च्या ऐवजी EL धरतात.

संरचेनवर वरीलप्रमाणे परम भार धरून त्याचे विश्लेषण करून संरचनेच्या प्रत्येक घटकावर येणारा भार ठरवितात व प्रत्येक घटकाचे परम भार परिबल (एखाद्या बिंदूपाशी भाराचा म्हणजे प्रेरणेचा वळविण्याचा परिणाम म्हणजेच भार गुणिले परिबलभुजा (बिंदू व भार यांमधील किमान अंतर) त्यावर येणाऱ्या भाराइतके किंवा त्याहून जास्त होईल, असा अभिकल्प या पद्धतीत केला जातो.

ही पद्धत वापरण्याची कारणे पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) ही पद्धत प्रत्यक्ष प्रयोगान्ती ठरलेल्या सिद्धांतावर आधारलेली आहे. (२) युक्त भाराच्या प्रकारानुसार त्याचा सुरक्षा गुणांक धरणे शक्य होते. युक्त प्रतिबल पद्धतीत हे शक्य नसते. (३) अक्षीय भार येणाऱ्या घटकांचा (स्तंभांचा) अभिकल्प याच पद्धतीने करणे योग्य ठरते, असे अनेक प्रयोगांवरून सिद्ध झाले असल्याने अक्षीय भार येणारा घटक अन्य पद्धतीने (युक्त परिबल पद्धतीने) करणे सयुक्तिक ठरत नाही.

आ‌नमित घटक : अशा घटकांचा अभिकल्प करताना पुढील गोष्टी गृहीत धरल्या जातात : (१) अविकारी पातळीशी समांतर असलेल्या कोणत्याही पातळीवरील प्रतिविकृती अविकारी पातळीपासूनच्या तिच्या अंतराच्या सम प्रमाणात असते, (२) काँक्रीट कोणताही ताण घेत नाही आणि (३) काँक्रीटमधील प्रतिबल हे स्थितिस्थापक मर्यादेपर्यंत प्रतिविकृतीच्या सम प्रमाणात असते.

आ. ४. प्रतिबल वितरण - युक्त प्रतिबल पद्धत: (१ -१) -अविकारी अक्ष, c - संपीडन, T - ताण, m - स्थितिस्थापक मापांक.

आयताकार तुळया : युक्त प्रतिबल पद्धत : या पद्धतीत नमनामुळे तुळईत येणारी प्रतिबले स्थितिस्थापक मर्यादेपेक्षा कमी ठेवण्यात येत असल्यामुळे तुळईच्या काटछेदावरील प्रतिबलांचे वितरण आ. 4 मध्ये दाखविल्याप्रमाणे होते. तुळईचे नमन सामर्थ्य काँक्रीटच्या संकोचक्षेत्रावर म्हणजेच अविकारी अक्षाच्या म्हणजे ज्या रेषेवर प्रतिबले शून्य असतात तिच्या खोलीवर (n) आणि काँक्रीट व पोलादातील अनुज्ञात प्रतिबलावर (अनुक्रमे) अवलंबून असते. अविकारी अक्षाची खोली, पोलादाच्या काँक्रीटशी असलेल्या शेकडा प्रमाणावर  अवलंबून असते. तुळईचे प्रतिकार परिबल M = Rbd2या समीकरणाने ठरवितात. यातील R हा प्रतिकार परिबल काढण्याचा गुणांक होय आणि तो पोलादाच्या काँक्रीटशी असलेल्या शेकडा प्रमाणावर (p वर) अवलंबून असतो. कॉंक्रीट व पोलादाची बलक्षमता कारणी लावण्याच्या दृष्टीने पोलादाचे शेकडा प्रमाण काँक्रीट व पोलादाच्या श्रेणीनुसार ठरवून तेवढे वापरून तुळईची लांबी व रुंदी वरील समीकरणाने ठरवितात आणि सळ्यांच्या काटछेदांचे क्षेत्रफळ या समीकरणाने ठरवितात. यात jd म्हणजे परिबल भुजा होय आणि ती मुख्यत: पोलाद व काँक्रीट यांच्या श्रेणीवर आणि त्यांच्या एकमेकांशी असलेल्या प्रमाणावर अवलंबून असते.

आ. ५. प्रतिबल वितरण - परम भार पद्धत

परम भार पद्धत : या पद्धतीत तुळईच्या काटछेदावरील प्रतिबलाचे वितरण आ. 5अ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे होते, पण अभिकल्प करताना सोयीसाठी ते आ.५आ प्रमाणे धरतात. तुळईचे आकारमान Mu (म्हणजे तुळईचे परम प्रतिकार परिबल) = Rubd2 व सळ्यांचे क्षेत्रफळ  या समीकरणांनी ठरविता येते. यात Ru हा परमप्रतिकार परिबल काढण्याचा गुणांक होय व तो काँक्रीटमधील संकोच वितरणाच्या (आ. ५आ) खोलीवर (a वर) अवलंबून असतो. a चे मूल्य पोलादाच्या काँक्रीटशी असलेल्या शेकडा प्रमाणावर अवलंबून असते. काँक्रीट फसल्याने तुळई एकाएकी मोडू नये म्हणून भारतीय मानकानुसार a चे मूल्य ०⋅४३d पेक्षा जास्त वाढू नये म्हणून पोलादाचे काँक्रीटशी प्रमाण ०⋅२३६ या मर्यादेतच ठेवले जाते. यात म्हणजे काँक्रीटचे अंतिम प्रतिबल व हे पोलादाचे शरण प्रतिबल होय.

 

आ. ६. संकोच प्रबलित तुळई

 

संकोच प्रबलित तुळई : (आ. ६). जेव्हा तुळईची उंची व रुंदी मर्यादित ठेवणे आवश्यक असते तेव्हा संकोची प्रेरणा पेलण्यास काँक्रीटचे क्षेत्रफळ कमी पडते. तुळईच्या नमन सामर्थ्यातील ही उणीव भरून काढण्याकरिता काँक्रीटच्या दाब क्षेत्रातही पोलादी सळ्या घालतात त्यांस संकोची प्रबलक म्हणतात. संकोची प्रतिबल संतुलित करण्यासाठी ताणक्षेत्रातही त्या प्रमाणात अधिक सळ्या घालणे म्हणजेच ताण प्रबलकाचे क्षेत्रफळ वाढविणे ओघानेचे आवश्यक ठरते. युक्त प्रतिबल पद्धतीत संकोची प्र‌बलकामधील प्रतिबल शेजारील काँक्रीटमधील संकोची प्रतिबलाच्या m पटीने घेतात, तर परम भार पद्धतीत ते   इतके धरले जाते. Asc हे संकोची प्रबलकाचे क्षेत्रफळ आहे.

 

युक्त प्रतिबल पद्धत : अशा तुळईचा अभिकल्प करताना तुळईचे मर्यादित आकारमान माहीत असते. त्यावरून त्या आकाराचे प्रतिकार परिबल Mr = Ru bd2 या समीकरणाने प्रथम काढून राहिलेल्या अपेक्षित परिबलासाठी () लागणाऱ्या संकोची प्रबलकाचे क्षेत्रफळ                या समीकरणाने ठरवितात.


परम भार पद्धतीत कॉंक्रीटमधील संकोच वितरणाची आ. ५आ मध्ये दाखविलेली खोली या समीकरणाने ठरवून तुळईचे परम प्रतिकार परिबल Mu पुढील समीकरणाने ठरवितात.

टी (T) आकाराची तुळई : काँक्रीटची लादी कॉंक्रीटच्या तुळईवर आधारली असता लादी व तुळई एकसंध निर्मिली जातात. अशा तऱ्हेने लादीशी एकरूप झालेल्या तुळईस टी तुळई म्हणतात (आ.७). लादीचा जेवढा भाग तुळईत सहभागी होतो त्यास पाश म्हणतात व खालील आयताकार उभ्या भागास उभार म्हणतात. अभिकल्पाकरिता पाशाची रूंदी B पुढीलपैकी किमान मूल्याइतकी धरतात. (१) टी तुळईच्या प्रभावी झेपेचा एक तृतियांश, (२) शेजारशेजारील टी तुळ्यांच्या उभारांच्या मध्यांतील अंतर किंवा (३) लादीच्या जाडीच्या बारापट + उभाराची रुंदी.

आ. ७. टी तुळई : (१) उभार, (२) पाश.

युक्त प्रतिबल पद्धत : टी तुळईत अविकारी अक्ष पाशाच्या जाडी आणि रुंदीप्रमाणे पाशात किंवा उभारात असू शकतो. अक्ष पाशात पडत असल्यास पाशाच्या रुंदी इतक्या रुंदीच्या आयताकार तुळईप्रमाणे टी तुळईचा अभिकल्प केला जातो. अविकारी अक्ष उभारात पडत असल्यात टी तुळईचे प्रतिकार प्रतिबल या समीकरणांनी सोडवितात. (आ.८). तुळईचे आकारमान ठरविताना तुळईची जाडी झेपेच्या १/१०  ते १/१५ इतकी व रूंदी सळ्यांना लागणाऱ्या जागेवरून ठरवितात. पोलादाचे क्षेत्रफळ काढताना jd चे मूल्य d-ds/2 इतके घेतले जाते.

आ. ८. टी तुळईतील प्रतिबल विवरण : (१ - १) अविकारी पक्ष

परम भार पद्धत : काँक्रीटमधील संकोच वितरणाची आ. 5 आ प्रमाणे खोली (a) ही पाशाच्या (लादीच्या) जाडीपेक्षा (ds पेक्षा) कमी किंवा जास्त असू शकेल. पाशाचे संकोचबल ( ) हे पोलादातील ताणबलापेक्षा (  ) जास्त असल्यास a चे मूल्य ds पेक्षा कमी होते व ते    या समीकरणाने व तुळईचे परम प्रतिकार परिबल  या समीकरणाने ठरवितात. पाशाचे संकोचबल Cf पोलादातील ताणबलापेक्षा कमी असल्यास a चे मूल्य ds पेक्षा जास्त होते व ते    या समीकरणाने व तुळईचे परम प्रतिकार परिबल या समीकरणाने काढतात. तुळईतील पोलादाचे क्षेत्रफळ माहीत नसल्यास a चे मूल्य ०.४३ d इतके किंवा त्यापेक्षा कमी धरतात व त्याप्रमाणे पोलादातील ताण प्रतिबल काँक्रीटमधील संकोचबलाइतके करण्यासाठी लागेल इतके पोलाद धरतात.

 

कर्तन : तुळईच्या काटछेदावर येणाऱ्या Q या एकूण कर्तन प्रेरणेमुळे येणारे कर्तन       या समीकरणावरून मिळते. टी आकाराच्या तुळईत b ऐवजी br धरतात. हे प्रतिबल अनुज्ञात कर्तन प्रतिबलापेक्षा जास्त असल्यास कर्तन प्रतिरोध करण्यासाठी कर्तन प्रबलक घालणे आवश्यक असते. मात्र कोणत्याही परिस्थितीत वरील समीकरणावरून मिळालेले प्रतिबल अनुज्ञान कर्तन प्रतिबलाच्या चौपटीहून जास्त असता कामा नये. तसे झाल्यास तुळईचे आकारमान वाढविण्याशिवाय गत्यंतर नसते. कर्तन प्रेरणेमुळे तुळईत कर्णरेषेत ताण प्रतिबले उत्पन्न होतात. काँक्रीट ठराविक मर्यादेपलिकडे ताण घेण्यास असमर्थ असल्याने वरील ताणास प्रतिरोध करण्यासाठी कर्तन प्रबलक घालावे लागतात. हे पुढील दोन प्रकारे घालतात (आ. ९). (१) सळ्यांच्या आयताकार कड्या करून त्या उभ्या ब‌सविणे, (२) तुळईतील ताण प्रबलकांपैकी काही सळ्या तुळईच्या अक्षाशी ३० किंवा ४५ चा कोन करून वाकविणे. अशा सळ्यांस वक्र सळ्या म्हणतात. तुळईतील कर्तन प्रेरणा टोकाकडे वाढत असल्याने आधाराजवळील काही भागातच कर्तन प्रतिबले अनुज्ञात प्रतिबलापेक्षा जास्त येतात. तेवढ्याच क्षेत्रात हे कर्तन प्रबलक घालणे अवश्य असते. नमनामुळे येणारा ताणही ह्या भागात कमी असल्यामुळे ताण सळ्याही कमी लागतात. म्हणून ताण सळ्यांतल काही सळ्या कर्तन प्रतिरोधासाठी टोकाकडे वाकविणे शक्य होते. वक्र सळ्यांपेक्षा उभ्या आयताकार कड्याच कर्तन प्रतिरोधास जास्त योग्य असल्याचे अलीकडे करण्यात आलेल्या प्रयोगावरून सिद्ध झाल्याने ताण सळ्या वाकवून वापरणे कमी होऊ लागले आहे. कर्तन प्रतिरोधासाठी फक्त कड्यांचा वापर केल्यास आधाराजवळ कड्यांमधील अंतर कमी ठेवून माध्याकडे ते वाढवितात. तुळईच्या मधल्या भागात कर्तन प्रबलकाची आवश्यकता नसते तेथे सुद्धा निमित्तमात्र कड्या घालतात.

आ. ९. चौरस कडी व कर्णरेषेत सळया

दोन कड्यांमधील अंतर या समीकरणावरून ठरवितात. यात Qsw म्हणजे कड्यांचा कर्तन प्रतिरोध, म्हणजे कड्यांमधील अनुज्ञान ताण प्रतिबल व Asw म्हणजे कडीच्या सर्व भुजांचे एकूण क्षेत्रफळ. S हे अंतर Asw पेक्षा जास्त असू नये. प्रत्यक्षात ते ४५ सेंमी. पेक्षा जास्त ठेवीत नाहीत.

वक्र सळ्यांचा कर्तन प्रतिरोध या समीकरणावरून ठरवितात. यात Ass म्हणजे काटछेदावरील वक्र सळ्यांचे काटछेदावरील वक्र सळ्यांचे एकूण क्षेत्रफळ,  म्हणजे अशा सळ्यांमधील अनुज्ञात ताण प्रतिबल व   म्हणजे तुळईच्या अक्षाशी वक्र सळ्यांनी केलेला कोन.

बंध : तुळईतील कोणत्याही दोन काटछेदांतील सळ्यांमध्ये वेगवेगळा ताण असू शकतो. ताणातील हा फरक सळ्यांच्या बाजूच्या कॉंक्रीटला घ्यावा लागतो. त्यामुळे कॉंक्रीट व सळ्यांमध्ये बंध प्रतिबले निर्माण होतात. हे बंध प्रतिबल अर्थातच ताणातील फरकावर अवलंबून असते. हा फरक त्या त्या काटछेदावरील कर्तन प्रेरणेइतका असतो.

यावरून कोणत्याही काटछेदावरील स्थानिक बंध ‌प्रतिबल या समीकरणावरून मिळते,यात म्हणजे काटछेदातील सळ्यांच्या परिघाची बेरीज होय.हे बंध प्रतिबल अनुज्ञात प्रतिबलापेक्षा कमी असणे आवश्यक असते.

सळईतील ताण कॉंक्रीटवर पूर्णपणे जाण्यासाठी कॉंक्रीटच्या सान्निध्यात येणारी सळईची लांबी म्हणजे बंधलांबी तिच्या व्यासाच्या n पट असावी लागते. n चे मूल्य पुढील समीकरणावरून मिळते.

(१) संकोची सळ्यांच्या बाबतीत

(२) ताण सळ्यांच्या बाबतीत

आ. १०. भारतात बनणाऱ्या कंगोरी सळया

कोणत्याही सळईची टोके आ.९ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे वाकविणे अवश्य असते. यास आकडा म्हणतात. अवश्य असलेली बंध लांबी न मिळाल्यास दोन सळ्यांचा वितळजोड (वेल्डिंग) सांधा करतात.

कंगोरे असलेल्या सळया (आ. १०) वापरल्याने जास्त परिणामकारक बंध मिळतो. कारण त्यांवरील कंगोऱ्यांमुळे पकड जास्त मिळते.

जास्त ताणशक्तीच्या सळया कंगोऱ्याच्या असतात व परम भार अभिकल्प पद्धतीत त्याच प्रकारच्या सळया बहुतांशी वापरतात. त्यामुळे पोलाद कमी प्रमाणात लागते.

काँक्रीट लादी : लांबी व रुंदीच्या मानाने जाडी बरीच कमी असलेला घटक म्हणजे काँक्रीटची लादी होय. घरांच्या माळ्यासाठी व छपरासाठी विशेषत: ही उपयोगात आणलेली असते. जास्त रूंद असलेली ही तुळईच होय. लादीस असलेल्या आधारानुसार तिचे पुढील दोन प्रकार होतात. (१) लादी समोरासमोरच्या दोन बाजूंस फक्त आधारलेली असते तेव्हा ती फक्त एका दिशेने वाकत असल्याने ती एकदिक्‌ वक्री लादी म्हणून ओळखली जाते, (२) लादी चारही बाजूंस किंवा तीन बाजूंस किंवा शेजारील दोन बाजूंस आधारित असेल तेव्हा ती दोन दिशांना वाकत असल्यामुळे ती द्विदिक‌् आधारित लादी म्हणून ओळखली जाते.

आ. ११. एकदिक् अखंड लादी

एकदिक्‌ वक्री लादी : या लादीचा अभिकल्प साध्या तुळईच्या अभिकल्पाप्रमाणेच करतात. फक्त तुळईची रुंदी ही एकक रुंदी (सर्व साधारणपणे एक मी.) धरली जाते व तेवढ्या रुंदीसाठी लागणारे सळ्यांचे प्रमाण काढून त्यावरून दोन सळ्यांमधील अंतर सळईच्या क्षेत्रफळाच्या प्रमाणात काढतात. ही लादी फक्त एकाच दिशेत वाकत असली, तरी आधाराच्या समांतर अशा दुसऱ्या दिशेतसुद्धा काही सळ्या घालतात. या सळ्यांचे प्रमाण काँक्रीटच्या काटछेदातील क्षेत्रफळाच्या किमान ०⋅१५ टक्के असते. बाहेरील भाराचे वितरण सर्व दिशांस समान व्हावे व बाहेरील औष्णिक बदलामुळे होणारे प्रसरण वा आकुंचन तसेच कॉंक्रीटमधील रासायनिक विक्रियेमुळे होणारे आकुंचन आणि विसर्पण या आडव्या सळ्यांमुळे सम प्रमाणात होते. म्हणून त्यास वितरण प्रबलक, प्रसरणरोधी किंवा आकुंचनरोधी प्रबलकसुद्धा म्हणतात. द्विदिक्‌ आधारित लादीची लांबी रुंदीपेक्षा दुपटीहून जास्त असल्यास तिचा अभिकल्प ‌एकदिक्‌ आधारित लादीप्रमाणेच करतात. कारण प्रयोगान्ती असे सिद्ध झाले आहे की, रुंदीला समांतर असलेल्या आधाराशेजारील लादीचा काही भाग सोडल्यास बाकी सर्व लादी ही बहुतांशी एकाच दिशेने वाकते. एकदिक्‌ बहुआधारित अखंड लादीचा अभिकल्प करताना कोणत्याही झेपेमध्ये किंवा आधारावर येणारे जास्तीत जास्त परिबल विचारात घेतले जाते व प्रत्येक झेपेसाठी किंवा आधारावरील भागासाठी सळ्यांचे वेगवेगळे प्रमाण काढले जाते. अशा लादीत आधाराजवळील भागात ताण लादीच्या वरच्या बाजूस येत असल्याने सळ्या मध्यभागात खालच्या बाजूस घालून आधाराजवळील भागात त्यांपैकी निम्म्या वरच्या बाजूस वळवून पुढील गाळ्याच्या ¼ भागापर्यंत नेतात (आ.११).

आ. १२. द्विदक् लादीच्या तुळयांवर येणाऱ्या भारांचे वितरण.

द्विदिक्‌ आधारित लादी : हिचा अभिकल्प प्रयोगसिद्ध सूत्रांच्या आधारे वेगवेगळ्या पद्धतीने करतात. त्यातील सर्वसामान्य पद्धतीनुसार लादीच्या आधाराजवळील भाग (झेपेच्या १/८) भाग ) व उरलेला गाळ्याच्या मध्याजवळील भाग असे दोन कल्पून त्या भागातील दोन्ही दिशांना लागणारे प्रतिकार परिबल पुढील समीकरणांवरून काढतात.

यात = मोठी झेप  = लहान झेप,= एकक रूंदीच्या अनुक्रमे लहान व मोठ्या झेपेच्या दिशेतील प्रतिकार परिबल, = एकक क्षेत्रफळावरील एकूण भार,= भारतीय मानक क्र. ४५६-१९६४ च्या कोष्टक क्र. १५ मध्ये दिलेले गुणांक. हे गुणांक लादीच्या आधाराच्या प्रकारावर व लहान मोठ्या झेपेच्या गुणोत्तरावर अवलंबून असतात.

या समीकरणावरून मिळालेल्या प्रतिकार परिबलानुसार दोन्ही दिशांना लागणाऱ्या सळ्यांचे प्रमाण काढून त्याप्रमाणे सळ्या त्या त्या भागात घालतात. झेपेच्या मध्यभागात त्या खालच्या बाजूस दोन्ही दिशांना घालतात, तर आधाराजवळील भागात त्या वरच्या बाजूस एकाच म्हणजे झेपेच्या दिशेने घालतात.

अशा लादीच्या चारही कोपऱ्यांतील भागांत परिपीडक (पीळ देणारी) प्रतिबले निर्माण होत असल्याने कोपऱ्याजवळ दोन्ही दिशांना झेपेच्या १/५ रूंद भागात वरच्या आणि खालच्या बाजूंस परिपीडनविरोधी प्रबलक घालतात. या प्रबलनाचे प्रमाण लहान झेपेच्या मध्यभागास लागणाऱ्या सळ्यांच्या ७५% असते व त्या सळ्या शेजारशेजारील तुळ्यांना समांतर किंवा दोन्ही दिशांच्या कर्णरेषेत घालतात.

अशा लादीला आधार देणाऱ्या तुळ्यांचा अभिकल्प करताना त्यांवर येणाऱ्या भाराचे वितरण आ. १२ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे धरतात.

आ. १३.सपाट लादी : (१) स्तंभ, (२) स्तंभशीर्ष, (३) तक्तपात, (४) लादी.

सपाट लादी : ज्या लादीच्या आधाराकरिता तुळ्या नसतात पण निव्वळ खांबांवर (स्तंभांवर) आधारलेली असते तिला सपाट लादी म्हणतात. ही साधारणपणे समान जाडीची असते, मात्र खांबाजवळील काही भाग अवश्य तेथे जास्त जाडीचा ठेवतात व खांबाच्या माथ्याजवळचा आकार वाढवून स्तंभशीर्ष बनवितात व त्यावरील लादीच्या भागाची जाडी वाढवितात, त्याला तक्तपात म्हणतात (आ. १३). इतर सर्वसामान्य लादीपेक्षा यात सळ्या जास्त प्रमाणात लागत असल्या तरी अशा संरचनेमुळे खोल्यांची उपयुक्त उंची वाढते. या लादीच्या अभिकल्पाकरिता भारतीय मानक क्र. ४५६ मध्ये दिलेली प्रयोगसिद्ध सूत्रे भारतात वापरतात.


अशा प्रकारची लादी कोणत्याही तुळईवर आधारलेली नसल्याने ती ठराविक दिशांना न वाकता आधारित खांबांच्या मांडणीनुसार वाकते. ज्या दिशेने लादी वाकत असेल त्या दिशेने सळ्या घालावयाच्या असल्याने सळ्यांची मांडणी ही खांबाच्या मांडणीनुसार खालील चार निरनिराळ्या प्रकारांपैकी कोणत्याही प्रकारे करतात.

(१) द्विदिक्‌ मांडणी : खांबांना जोडणाऱ्या रेषा एकमेकींशी काटकोनात असल्या तर लादी आयताकार होते. तेथे सळ्या खांबांच्या दोन्ही दिशांतील रेषांशी समांतर उभ्या आडव्या घालतात. द्विदिक आधारित लादीप्रमाणे याच्याही स्तंभभागात वरच्या बाजूस व मध्यभागात खालच्या बाजूस सळ्या घालतात.

(२) चतुर्दिक्‌ मांडणी : ही मांडणी स्तंभभागात वरीलप्रमाणेच सून मध्यभागात मात्र सळ्या खांबाकडील दोन्ही कर्णदिशांना घालतात.

(३) ‌त्रिदिक्‌ मांडणी : खांबांची मांडणी ‌त्रिकोणी असते तेथे सळ्या खांबांना जोडणाऱ्या रेषांना समांतर घालतात.

(४) परिघीय व अरीय मांडणी : अशा मांडणीत स्तंभभागात लादीच्या वरच्या बाजूस व मध्यभागात खालच्या बाजूस परिघीय व अरीय दिशेने सळ्या घालतात.

काँक्रीट स्तंभ : प्रामुख्याने संकोची भार घेणारा संरचनेतील घटक म्हणजे स्तंभ होय. तरीपण काही कारणाने त्यात वक्रता येण्याची म्हणजेच त्यात ताण येण्याची शक्यता असते म्हणून स्तंभात सळ्या घालतात. अशा प्रबलित स्तंभाशिवाय ‌निव्वळ काँक्रीटचे स्तंभ फारच क्वचित वापरतात. वापरल्यास त्यांची उंची त्यांच्या किमान रुंदीच्या पाच किंवा सहा पटींपेक्षा कमी असावी लागते व त्यावर कोणत्याही प्रकारे वक्रता येईल असा भार येता कामा नये.

आ. १४. चौकोनी कड्या

प्रबलित काँक्रीट स्तंभामध्ये सळ्या दोन प्रकारच्या घालतात. (१) स्तंभाच्या अक्षास समांतर अशा उभ्या सळ्या व (२) उभ्या सळ्यांना आडव्या सळ्या. या चौकोनी किंवा वर्तुळाकार कडीच्या रूपाने किंवा अखंड सर्पिलाकार सळईच्या रूपाने घालतात. वक्रतेमुळे येणारा ताण व काही अंशी सरळ येणारा भार पेलण्यासाठी उभ्या सळ्यांचा उपयोग होतो व त्यामुळे स्तंभाचा आकार कमी राहू शकतो. उभ्या सळ्या अक्षीय भारामुळे वाकू नयेत म्हणून व स्तंभाच्या गाभ्यातील काँक्रीट फुटून पसरू नये म्हणून त्यास बंदिस्त करण्यासाठी आडव्या सळ्या वापरतात. उभ्या सळ्या नेहमी बाहेरच्या बाजूस काँक्रीटचे थोडे आच्छादन राहील अशा घालतात. आडव्या सळ्या

काही ठराविक अंतराअंतराने घालतात. दोन आडव्या सळ्यांमधील अंतर स्तंभाच्या किमान रुंदीपेक्षा जास्त किंवा उभ्या सळईच्या व्यासाच्या 12 पटींहून जास्त किंवा कडीच्या व्यासाच्या 48 पटींहून जास्त असता कामा नये. वर्तुळाकार स्तंभामध्ये ‌सर्पिलाकार अखंड सळई घालतात त्यामुळे गाभ्यातील काँक्रीट जास्त चांगले बंदिस्त होऊन स्तंभाचे सामर्थ्य वाढते. सामान्यत: अक्षीय भारित स्तंभासाठीच अशा सळ्या वापरतात.

स्तंभाच्या अभिकल्पासाठी नेहमी परम भार पद्धत वापरली जाते आणि स्तंभावर येणाऱ्या भाराच्या प्रकाराप्रमाणे निरनिराळ्या रीतीने अभिकल्प करतात.

आ. १५. सर्पिलाकार कडी

अक्षीय भारित स्तंभ : अशा स्तंभाचे सामर्थ्य हे त्यातील काँक्रीटचे सामर्थ्य व प्रबलकाचे सामर्थ्य मिळून होते. या दोन्ही घटकांचे सामर्थ्य त्यांच्या काटछेदाचे क्षेत्रफळ व त्यावरील अनुज्ञात प्रतिबल यांवर अवलंबून असते व ते स्तंभातील घटकांच्या प्रकारानुसार पुढील समीकरणांनवरून काढतात.

(अ) चौकोनी किंवा वलयाकार कड्या असलेले स्तंभ : स्तंभाचे सामर्थ्य P = काँक्रीटचे सामर्थ्य  प्रबलकाचे सामर्थ्य यात व ही काँक्रीट व प्रबलकावरील अनुज्ञात संकोची प्रतिबले आणि म्हणजे कॉंक्रीट व प्रबलक यांच्या काटछेदाची क्षेत्रफळे.

(आ) सर्पिलाकार सळ्या असलेले स्तंभ : अशा स्तंभामध्ये काँक्रीट व उभ्या सळ्या यांच्याशिवाय सर्पिलाकार सळईचे सामर्थ्य हिशोबात घेतात. काँक्रीटचे सामर्थ्य काढताना सर्पिलाकार सळईने बंदिस्त झालेला काँक्रीटचा गाभाच फक्त विचारात घेतात. स्तंभाचे सामर्थ्य P= काँक्रीटच्या गाभ्याचे सामर्थ्य  + प्रबलकाचे सामर्थ्य + सर्पिलाकार सळईमुळे वाढणारे सामर्थ्य. यात सर्पिलाकार सळईतील अनुज्ञात ताण प्रतिबल व सर्पिलाकार सळ्यांचे सममूल्य क्षेत्रफळ आणि गाभ्यातील काँक्रीटच्या काटछेदाचे क्षेत्रफळ. हे सममूल्य क्षेत्रफळ म्हणजे स्तंभाच्या एकक लांबीमधील सळ्यांचे एकूण घनफळ म्हणजेच एकमंडल (एका वेढ्याच्या) लांबीच्या सळईचे घनफळ भागिले दोन वलयांमधील सरळ अंतर. अशा स्तंभाचे सामर्थ्य चौकोनी किंवा वर्तुळाकार कड्या घातलेल्या स्तंभाच्या समीकरणानवरूनही काढतात व त्यापैकी जास्त असलेले सामर्थ्यमूल्य ग्राह्य धरतात.

स्तंभ ठराविक मर्यादेपेक्षा उंच असल्यास तो थोड्या भाराखालीसुद्धा वाकण्याची जास्त शक्यता असते. अशा उंच स्तंभाचे सामर्थ्य त्याच्या उंचीच्या व किमान रूंदीच्या गुणोत्तराच्या प्रमाणात कमी करतात. सामर्थ्य कमी करण्याचा गुणांक  हा आहे. यात L म्हणजे स्तंभाची उंची व D स्तंभाची किमान रूंदी होय. सर्पिलाकार सळ्या घातलेल्या स्तंभाच्या बाबतीत D म्हणजे काँक्रीटच्या गाभ्याची रूंदी धरतात.

 

संमिश्र स्तंभ : नळाकार लोखंडी स्तंभात काँक्रीट भरून किंवा इतर आकाराच्या धातूच्या स्तंभास सभोवार काँक्रीट भरून संमिश्र स्तंभ बनवितात.

संमिश्र स्तंभाचे सामर्थ्य P = काँक्रीटचे सामर्थ्य + उभ्या सळ्यांचे सामर्थ्य  + गाभ्यातील किंवा बाहेरील धातूचे सामर्थ्य .

विकेंद्र भारित स्तंभ : स्तंभावरील उभा भार विकेंद्री असेल, तर स्तंभाच्या काही भागात ताण येतो. हा ताण प्रत्यक्ष भारामुळे येणाऱ्या संकोची भारापेक्षा कमी असल्यास स्तंभाच्या सर्व भागांवर परिणामी संकोची भारच राहतो. हा ताण संकोची भारापेक्षा जास्त असल्यास परिणामी राहणारा ताण काँक्रीटच्या ताणशक्तीपलीकडे गेल्यास काँक्रीटमध्ये भेगा पडून ते तडकते व त्यामुळे सर्व ताण सळ्यांवर ताण पडतो. पहिल्या प्रकारच्या भारामुळे सर्व उभ्या सळ्यांमध्ये संकोची प्रतिबले निर्माण होतात, तर दुसऱ्या प्रकारच्या भारामुळे एका बाजूच्या उभ्या सळ्यांमध्ये ताण प्रतिबले निर्माण होतात. स्तंभात भेगा पडणार नाहीत असा स्तंभाचा अभिकल्प करतात.

स्तंभावर विकेंद्री भाराचा परिणाम हा तितक्याच अक्षीय भाराचा व विकेंद्रतेमुळे येणाऱ्या नमनाचा मिळून होतो. अशा स्तंभाचा अभिकल्प करताना अक्षीय भारामुळे येणारी सरळ प्रतिबले व नमनामुळे येणारी नमन प्रतिबले यांचे त्या त्या प्रकारच्या अनुज्ञात प्रतिबलांशी गुणोत्तर काढतात. दोन्ही गुणोत्तरांची बेरीज एकाहून जास्त असता कामा नये. म्हणजेच             . गुणोत्तरांची बेरीज एकापेक्षा जास्त येत असल्यास त्याच्या अभिकल्पाकरिता कोष्टके व आलेख वापरतात. त्यांत आकारमानाचे व सळ्यांचे वेगवेगळे प्रमाण असलेल्या स्तंभाचे बल दिलेले असते.

कॉंक्रीटचे स्तंभ हे नेहमी त्यांवरील तुळई व लादी यांच्याशी एकसंध निगडित असल्यामुळे स्तंभ हा संपूर्ण संरचनात्मक चौकटीचा एक उभा घटक धरून संपूर्ण चौकटीवर येणाऱ्या भारांचे व प्रेरणांचे संरचनेच्या तत्त्वानुसार विश्लेषण करून त्यानुसार स्तंभामध्ये किती व कसा भार आणि प्रतिबले येतात हे ठरवून अभिकल्प करतात.

कवची छपरे : विस्तृत जागेवर मध्ये कोणताही आधार न घेता घातलेली व विस्ताराच्या मानाने काँक्रीटची जाडी अत्यंत कमी असलेली काँक्रीटची छपरे म्हणजे कवची छपरे होत. ही साधी पण शोभिवंत, मजबूत व मितखर्ची असतात. दंडगोल किंवा अपास्तीय अन्वस्तज (ज्याचे एका सहनिर्देशक प्रतलाला समांतर असलेले छेद अपास्त म्हणजे हायपरबोला व बाकीच्या प्रतलांना समांतर असलेले छेद अन्वस्त म्हणजे पॅराबोला असलेले पृष्ठ, हायपरबोलिक पॅराबोलाइट) आकाराची असतात. अपास्तीय अन्वस्तज आकारातील दुहेरी वक्रतेमुळे एकविध प्रबलित कवच तयार होते. या ‌भूमितीय वक्र आकाराचे भाग जोडून अनेकविध आकारांची छपरे बनवितात (आ.१६). कवची छप्पर प्रथमत: १९२० मध्ये जर्मनीत उभारले. आता सर्व जगभर अशी छप्परे बांधली जात आहेत.

आ. १६. कवची छपरे

कवची छपरांवर येणाऱ्या भारामुळे त्यात संकोची व कर्तन प्रतिबले उत्पन्न होतात. नमन प्रतिबले असत नाहीत म्हणून सरळ प्रेरणांनी सर्व भार आधारावर येतो. कवची छपरावर येणारे भार, प्रत्येकाच्या विशिष्ट आकारात समाविष्ट झालेल्या वक्रतेचे प्रकार व इतर अनेक अनिश्चित गोष्टींमुळे कवची छपरांचे विश्लेषण किंवा अभिकल्प करणे गुंतागुंतीचे काम आहे. त्यात बरीच गृहीते धरावी लागतात. अशा छपरांचा अभिकल्प बहुश: संगणकाने (गणितकृत्ये करणाऱ्या यंत्राने) केला जातो.


पूर्वप्रतिबलित काँक्रीट : काँक्रीट कोणत्याही प्रकारचा ताण घेऊ शकत नसल्यामुळे काँक्रीटच्या तुळईतील अविकारी अक्षाच्या खाली ताण येणारा काँक्रीटचा भाग सामर्थ्याच्या दृष्टीने निरुपयोगी असतो. तेथील ताण पोलादी सळ्या घेत असल्या तरी काँक्रीटमध्ये भेगा पडतात. तेव्हा काँक्रीटचा सर्व भागांचा उपयोग व्हावा व त्यात भेगा पडू नयेत म्हणून त्यावर नंतर येणाऱ्या ताणाचे निराकरण करण्याकरिता काँक्रीटमध्ये ताणविरोधी म्हणजे संकोची प्रतिबल आगाऊ निर्माण करण्याची कल्पना निघाली. अशा काँक्रीटला पूर्वप्रतिबलित काँक्रीट म्हणतात. लाकडी पिंपाच्या उभ्या पट्ट्या बाहेरून लोखंडी पट्ट्यांनी आवळून दाबून धरतात, यात पूर्वप्रतिबलनाचे तत्त्व असते. पुस्तकांचा आडवा गठ्ठा उचलताना दोन्ही बाजूंनी हाताने दाबून धरून मगच व्यवस्थित उचलला जातो, यातही पूर्वप्रतिबलनाची कल्पनाच अंतर्भूत आहे. या कल्पनेचा उपयोग काँक्रीटसाठी करण्याचे प्रयोग एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस सुरू होऊन पूर्वप्रतिबलित काँक्रीट यूरोपमध्ये १९३० च्या सुमारास वापरण्यात येऊ लागले.

आ. १७. मळसूत्री कंडरा : (१) जाड सळई, (२) ताणलेल्या तारा, (३) पोकळ नळी.

काँक्रीटची तुळई ओतताना तीमधील सळ्या ताणून धरल्या व ताणलेल्या स्थितीत त्यांवर काँक्रीटची पकड घेऊन मग सळ्यांवरील ताण सोडला, तर त्या पूर्वस्थितीला येऊ पहातात व त्यामुळे सभोवतालच्या काँक्रीटमध्ये ओढ उत्पन्न होऊन संकोची प्रतिबल निर्माण होते. बाहेरचा भार काँक्रीटवर येण्यापूर्वी ते अशा तऱ्हेने पूर्वप्रतिबलित करण्यासाठी एक किंवा अनेक तारा, सळ्या, त्यांचे एकत्र जुडगे, दोन ते सात तारांचे पेड पिळलेली केबल, सातापेक्षा जास्त तारा किंवा पिळलेल्या केबली एकत्र पिळून बनविलेले ताररज्जू वापरतात किंवा ताणलेल्या तारा जाड सळईभोवती मळसूत्री आकारात उलट्या सुलट्या गुंफून (आ. १७) वापरतात. या प्रबलकांना कंडरा म्हणतात. कंडरांना दिलेल्या ताणात विसर्पणामुळे किंवा अन्य कारणामुळे बरीच घट होते म्हणून मजबुतीस अवश्य असलेल्या ताणापेक्षा त्यांना आरंभी जास्त ताण द्यावा लागतो. त्यामुळे कंडरांकरिता जास्त तन्यशक्तीचे (ताणले जाण्याच्या क्षमतेचे) व कमी विसर्पण होणारे पोलाद वापरतात. तसेच पूर्वप्रतिबलनामुळे काँक्रीटमधील संकोची प्रतिबल वाढत असल्याने पूर्वप्रतिबलित काँक्रीटसाठी जास्त दाबसामर्थ्य असलेले काँक्रीट वापरतात.

पूर्वप्रतिबल देण्याच्या पद्धती : (१) काँक्रीट ओतण्यापूर्वी त्यातील कंडरा अवश्य तितक्या ताणून धरतात. काँक्रीट आवळून आल्यावर कंडरांवरील ताण सोडतात. यास पूर्व-आतनन पद्धत म्हणतात. (२) काँक्रीट आवळून आल्यानंतर कंडरांना ताण देतात. यास पश्चात-आतनन पद्धत म्हणतात. या पद्धतीचे तीन प्रकार आहेत. (अ) काँक्रीट अगोदर आतून ते आवळून आल्यावर त्यामध्ये ठेवलेल्या पोकळीतून कंडरा ओवून ती ताणतात व कॉंक्रीटच्या दोन्ही टोकांना, निरनिराळ्या अटकाव पद्धतींपैकी एखाद्या पद्धतीने, भक्कम अडकवितात. कंडरेच्या ओढीने दोन्ही टोके काँक्रीटला दोन्ही टोकांकडून दाबून धरतात. (आ) कंडरा काँक्रीटच्या पोटात ओवण्याऐवजी त्याच्या नजिक बाहेरच्या अंगास ठेवून ताणून दोन्ही टोकांस अडकवितात. कंडरेतील ताण काही कारणांमुळे कमीजास्त करावा लागला, तर या पद्धतीत ते शक्य होते. (इ) पोकळीतून ओवलेली कंडरा ताणल्यानंतर पोकळीत काँक्रीट चेचतात व ते आवळून आल्यावर कंडरा दोन्ही टोकांना अडकवितात. पोकळीतील काँक्रीटच्या पकडीप्रमाणे काँक्रीट कमीजास्त प्रतिबलित होते.

कंडरा ताणण्याच्या पद्धती : (१) सम पातळीवरील लहानमोठ्या चाकांवरून ओवून लोंबत्या टोकास वजन अडकवून ओढ देणे, (२) आडव्या किंवा उभ्या आसाच्या रहाटाभोवती गुंडाळून सुटे टोक ओढणे, (३) सम पातळीतील अनेक चाकांवरून ओवून त्यांपैकी एक चाक ओढून ताण देणे (आ.18), (४) मुद्दाम बनविलेल्या द्रवीय उत्थापकांनी (द्रवीय दाबावर चालणाऱ्या दट्ट्यांनी) ओढ देणे (आ. १९) किंवा (५) कंडरा विजेने तापवून ओढ देणे इ. तत्त्वांवर आधारलेल्या निरनिराळ्या पद्धतींनी कंडरांना ताण देतात.

आ. १८. चाकांनी ओढ देऊन कंडरा ताणण्याची पद्धत : (१) तारेचे गुंडाळे, (२) चाके, (३) वजनांनी दिलेला ताण, (४) फिरत्या दांड्याभोवती ताणलेली तार गुंडाळली जाते.

आ. १९. द्रवीय उत्थापकांनी कंडरा ताणण्याची पद्धती : (१) ताण देण्यापूर्वी, (२) ताणताना, (३) द्रवीय उत्थापक.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

कंडरांना अटकाव : ताणलेली कंडरा दोन्ही टोकांना अडकविण्याच्या अनेक अटकाव पद्धती आहेत. कंडरांच्या जुडग्यातील कंडरा विस्फारून (आ.२०अ) किंवा त्यांची टोके वळवून (आ.२०आ) ती दोन्ही टोकांना काँक्रीटमध्ये गाडून बसवितात. कंडरांची टोके  लॉगॅरिथमी सर्पिलाकार (आ. २१) वळविली तर त्यांवर येणारे अरीय दाब सर्वत्र समान राहतात. विस्फारलेली किंवा वळलेली कंडरांची टोके काँक्रीटमध्ये गाडताना टोकाभोवती सभोवार मळसूत्री प्रबलन घालतात (आ. २० आ).

आ. २०. कंडरांचा अटकाव (अ) कंडरा विस्फारून, (आ) कंडराची टोके वळवून (१) पुरोदर्शन, (२) अधोदर्शन, (३) भोके असलेली पट्टी, (४) काँक्रीटमध्ये जाणारा भाग, (५) विस्फार, (६)गळा, (७) मळसूत्री प्रबलन. आ. २१. लॉगॅरिथमी सर्पिलाकार : V - बाक पूर्वप्रतिबल प्रेरणा, d - सळईचा व्यास. आ. २२. प्रतिबलांचे विश्लेषण : (अ) समान संकोची पूर्वदाब फक्त, (आ) नमन प्रतिबले फक्त, (इ) निष्पन्न परिणाम. M + V &lt अनुज्ञात संकोची प्रतिबल.                      आ. २१. लॉगॅरिथमी सर्पिलाकार बाक : V - पूर्वप्रतिबल प्रेरणा, d - सळईचा व्यास.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

प्रतिबलातील घट : कंडरांमध्ये निर्माण केलेले प्रतिबल पहिल्या काही दिवसांत कमी होत जाऊन नंतर स्थिर राहते. हे स्थिर प्रतिबल म्हणजे निर्णायक पूर्वप्रतिबल होय. घट होण्याची कारणे व त्याचे मूल्य सर्वसाधारणपणे कोष्टक क्र. ३ प्रमाणे असते.

 

                                          कोष्टक क्र. ३. प्रतिबलात होणारी घट

घट होण्याची कारणे

प्रतिशत घट

पश्चात प्रतिबलित

पूर्व प्रतिबलित

काँक्रीटच्या स्थितिस्थापकतेमुळे एकामागोमाग कंडरा ताणताना अगोदर ताणलेल्यांमधील घट वाढत असते
काँक्रीटच्या आकुंचनामुळे

काँक्रीटमधील विसर्पणामुळे

पोलादातील शैथिल्यामुळे

घर्षणामुळे

अटकावातील स्खलन

एकूण

१५

१७

 

पूर्वप्रति‌बलित कॉंक्रीटच्या तुळईतील प्रतिबलांचे विश्लेषण : दोन टोकांवर आधारलेल्या तुळईच्या प्रकेंद्री अक्षाच्या (काटछेदांच्या गुरुत्वमध्यातून जाणाऱ्या अक्षाच्या) जागी कंडरा घालून त्यांनी काँक्रीट प्रतिबलित केले, तर त्यामुळे तुळईच्या लांबीभर तिच्या प्रत्येक काटछेदावर सगळीकडे समान संकोची पूर्वदाब (V) येतो. (आ. २२अ). तुळईवर त्यानंतर भार आला की, त्यात नमन म्हणजे ताण व संकोची प्रतिबले (M) उत्पन्न होतात (आ. २२आ) व पूर्वदाब व नमन प्रतिबलांचा दाब यांचा एकत्रित परिणाम होऊन निव्वळ संकोची प्रतिबले तळात जवळजवळ शून्य व माथ्याजवळ दुप्पट होतील (आ.२२इ). माथ्याकडे संकोची प्रतिबलात होणारी वाढ, काँक्रीटच्या अनुज्ञात संकोची प्रतिबलापेक्षा जास्त झाल्यास तुळईचे सामर्थ्य कमी होते. त्यासाठी प्रतिबलित कंडरा प्रकेंद्री अक्षाच्या खाली अशा ठिकाणी घालतात की, त्यामुळे माथ्याकडे संकोची प्रतिबले कमी कमी होत जाऊन माथ्याजवळ ती अत्यंत सूक्ष्म राहतात (आ. २३अ). नमन प्रतिबलामुळे होणाऱ्या एकत्रित परिणामामुळे (आ. २३ इ) माथ्याजवळील संकोची प्रतिबल अनुज्ञात प्रतिबलाच्या सीमेत राहते. तुळईवर तिचे स्वत:चे वजन व काही अन्य निश्चल भार कायमचे असतात. त्यांच्या नमन प्रतिबलामुळे माथ्याकडे संकोची प्रतिबले उत्पन्न होतात (आ. २४). यासाठी त्या प्रमाणात कंडरा थोडी जास्त खाली घातल्यास माथ्याकडे तितते ताण प्रतिबल उत्पन्न होऊन मूलत: असणाऱ्या संकोची प्रतिबलाचे बरेचसे निराकरण होते व तितक्या प्रमाणात नमन संकोची दाब पेलण्यास आणखी वाव राहतो.

कंडरेची जागा तुळईच्या काटछेदावरील परिबलावर अवलंबून असते. तुळईवरील परिबले मध्याकडून टोकाकडे कमीकमी होत असल्याने कंडरेचे प्रकेंद्री अक्षापासूनचे अंतर म्हणजे पूर्वदाबाची विकेंद्रता टोकाकडे कमीकमी करून कंडरा वक्राकार घालतात.

 

पूर्वप्रतिबलित तुळईचा अभिकल्प : कंडरा अविकारी अक्षाच्या जागी घातली तर पूर्वप्रतिबलनामुळे तुळईवर सर्वत्र संकोची प्रतिबलसम म्हणजे     (आ.२५⋅१) इतके रा‌हील. कंडरा अविकारी अक्षाच्या खाली अंतरावर घातली तर त्या विकेंद्री प्रेरणेमुळे माथ्याकडील भागाकडे ताण आणि तळाकडे संकोची प्रतिबल अनुक्रमे

आ. २२. प्रतिबलांचे विश्लेषण : (अ) समान संकोची पूर्वदाब फक्त, (आ) नमन प्रतिबले फक्त, (इ) निष्पन्न परिणाम. M+V< अनुज्ञात संकोची प्रतिबल.      आ. २३. प्रतिबलित कंडरेचे अवश्य स्थान : (अ) पूर्वप्रतिबल फक्त, (आ) फक्त नमन परिबलामुळे, (इ) निष्पन्न परिणाम अनुज्ञात < संकोची प्रतिबल, (१) फक्त पूर्वप्रतिबलित कंडरा (तुळईचे वजन वगळून), (२) भाराखालील पूर्वप्रतिबलित तुळई.    आ. २४. प्रतिबलित कंडरेचे यथायोग्य स्थान : (अ) पूर्वप्रतिबल फक्त, (२) कायम नमन प्रतिबल, (३) कायम निश्चल भार प्रतिबल.

आ. २५. पूर्वप्रतिबलित तुळईचा अभिकल्प

अशी होतात व कंडरा अविकारी अक्षाच्या जागी असता ती प्रतिबले उत्पन्न होतात त्याऐवजी  व म्हणजेच  (आ. २५.३) अशी उत्पन्न होतील. तुळईचे स्वत:चे वजन व अन्य कायम स्वरूपाचे भार यांमुळे निव्वळ उत्पन्न होणारी प्रतिबले (आ. २५.४)  अशी असतात व बाहेरचे कोणतेही अन्य निश्चल भार किंवा चल भार तुळईवर येण्यापूर्वी (आ. २५.५) अनुक्रमे अशी एकूण राहतात व ती अनुक्रमे ft व fc या काँक्रीटच्या अनुज्ञात ताण व संकोची प्रतिबलापेक्षा जास्त होणार नाहीत या प्रमाणात तुळई पूर्वप्रतिबलित करतात. तसेच बाहेरच्या अन्य भारामुळे येणाऱ्या माथ्याकडील या संकोची प्रतिबलामुळे (आ. २५.६) व तळाकडील      या ताण प्रतिबलामुळे एकूण प्रतिबलात होणारे फेरफार माथ्याकडे fc पेक्षा व तळाकडे ft पेक्षा जास्त होऊ देत नाहीत (आ. २५.७ ) म्हणजेच

ओक, भ. प्र., कर्वे, श्री. रा.

 

पूर्वनिर्मित काँक्रीट :  सर्वसाधारणपणे कॉंक्रीटचे काम ज्या ठिकाणी पाहिजे असेल त्या जागेवर साचे उभारून त्यात काँक्रीट ओतून घटक अलग वा एकमेकांशी निगडित तयार करतात. त्याची पुन्हा हलवाहलव व्हावयाची नसते. पूर्वनिर्मित काँक्रीट पद्धतीत प्रत्येक काँक्रीटचा घटक कारखान्यात एका जागी तयार करून नियोजित जागी नेऊन जोडतात. ही पद्धत पाश्चिमात्य देशांत बरीच वर्षे वापरली जात आहे व भारतातही ह्या पद्धतीने घटक तयार करून ते वापरण्यास प्रारंभ झाला आहे. अवजड वस्तू सुलभपणे हाताळता येतील अशा साधनांमुळे व पूर्वप्रतिबलित काँक्रीटच्या प्रसारामुळे पूर्वनिर्मित काँक्रीट घटक तयार करून ते उभारणे सुलभ होऊन या पद्धतीचा वापर दिवसानुदिवस वाढत आहे.

भारतीय रेल्वेत प्लॅटफॉर्मच्या रुळांच्या कडेच्या भिंती उभारण्याकरिता विशिष्ट आकाराचे प्रबलित सिमेंट काँक्रीटचे ठोकळे, इतर ठिकाणच्या भिंतींकरिता खाचे असलेले खांब व त्यामध्ये बसवावयाच्या काँक्रीटच्या फळ्या, शिळेपाट (स्लिपर) असे पूर्वनिर्मित घटक वापरले जात आहेत. लहानमोठ्या आकाराचे उंच खांब, स्तंभिका, फरशा, पोकळ ठोकळे, जाळ्या, लहान टाक्या, कुंड्या, बाके वगैरे पूर्वनिर्मित करण्याचे कारखाने भारतात ठि‌कठिकाणी आहेत. पूल व इमारतीसाठी लागणाऱ्या निरनिराळ्या आकाराच्या व सामर्थ्याच्या तुळ्या, कड्या, पडद्या, दरवाजे, खिडक्यांच्या चौकटी फक्त कामापुरत्याच हल्ली काही ठिकाणी ‌पूर्वनिर्मित केल्या जातात.

फायदे-तोटे : काँक्रीटचे घटक ओतण्यास लागणारे साचे, उपधारक आणि त्यांचे टेकू यांच्या खर्चात व त्यांच्या उभारणीच्या खर्चात बचत होते. ‌भिंती प्रथम आडव्या ओतून नंतर त्या त्यांच्या नियोजित जागी उभारत्या येतात त्यामुळे भिंत जागेवर उभी ओतण्यासाठी लागणाऱ्या आधारफळ्या, त्यांचे ताण उभारण्याची व अरुंद जागेत काँक्रीट चेचून भरण्याची यातायात पडत नाही. एकाच जागी यंत्राच्या साहाय्याने निर्मिती करता येते त्यामुळे उत्तम दर्जा व एकविध (एकसारखा) आकार राखता येतो. मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनाच्या तत्त्वाप्रमाणे खर्चात बचत होते. एकदा बनविलेला साचा जास्त वेळा काम देऊ शकतो. कारखान्याच्या वातावरणावर नियंत्रण ठेवता येते व बाहेरील हवामानातील फरकाचा संभाव्य धोका टळतो. सिमेंट आवळून येण्याकरिता अवश्य ते सर्व उपाय अंमलात आणणे सोपे जाते व मजबुतीची निश्चिती येते. घटक अगोदरपासून तयार करता येतात व ते उभारल्यावर पुढील कामास त्यावर ताबडतोब सुरुवात करता येते व वेळ वाचतो. एका ठिकाणचे घटक काढून दुसऱ्या ठिकाणी वापरणे शक्य होते.

आ. २६. लळ-कुसू जोड

पूर्वनिर्मित काँक्रीटच्या घटकांबाबत थोडी अधिक दक्षता घ्यावी लागते. निरनिराळ्या घटकांचा जोड जागेवर भक्कम व्हावा म्हणून ते थोडेसे वाढत्या आकाराचे बनवितात व त्यातील काही सळ्या काँक्रीटबाहेर येतील अशा लांबीच्या ठेवाव्या लागतात. घटकाची हलवाहलव करताना उत्पन्न होणाऱ्या अतिरिक्त प्रतिबलांचा विचार त्याच्या अभिकल्पात करावा लागतो. त्यासाठी विशेष प्रबलक घातले असतील, तर त्यांस अनुसरून घटक हाताळताना त्यांना आधार देण्याच्या जागी खुणा करून ठेवतात आणि तो उभारताना जागेवर बरोबर बसविला जावा म्हणूनही प्रबलनानुसार त्याच्या कडांवर आणि बाजूंवर निर्देशन करतात. घटकाची हलवाहलव करण्यास याऱ्या आणि योग्य तऱ्हेची वाहने ठेवावी लागतात.

 

 

आ. २७. पूर्वनिर्मित घटकांचे काही जोड : (१) पूर्वनिर्मित स्तंभ, (२) पूर्वनिर्मित तुळई, (३) सिमेंटचा गारा, (४) वितळजोड, (५) आकडा, (६) पूर्वनिर्मित स्तंभशीर्ष, (७) मुख्य तुळई, (८) दुय्यम तुळई, (९) मुख्य तुळईत सळयांची चाल, (१०) दुय्यम तुळईत सळयांची चाल.

निर्मिती : पूर्वनिर्मित काँक्रीटमध्ये त्यातील स्थूलभागाशी पाण्याचे प्रमाण कमी ठेवतात. स्थूलभागातही खडीच्या आकारात व खडी आणि वाळू यांच्या प्रमाणात बदल करावा लागतो. वाळूचे प्रमाण वाढवितात. कुंड्या, पोकळ विटा, लहान नळ वगैरेंसारख्या वस्तूंच्या बाबतीत स्थूल भागात सिमेंट वाळूचे प्रमाण १ : ५ ते १ : ८ घेतात. खडी मुळीच घेत नाहीत. घटकाची जाडी कमी असेल व अशा अरुंदपणामुळे ठासण्या किंवा कंपित्रे वापरणे शक्य नसेल तेथे पूर्वनिर्मित पद्धतीत कोणत्या तरी प्रकारे दाब देऊन घनता आणतात व त्यामुळे ही क्रिया सोपी होते. कॉंक्रीटचे मोठाले नळ, गोलाकार खांब, स्तंभिका वगैरेंची पूर्वनिर्मिती करताना अपमध्य (मध्यापासून दूर जाणारी) प्रेरणा देतात व त्यामुळे काँक्रीट साच्याच्या बाजूस जोराने उडून घट्ट होतो व साच्यातून लगोलग बाहेर काढून पूर्ण आवळून येण्याकरिता पाण्याच्या टाकीत बुडवून ठेवता येतो.

आ. २८. पूर्वनिर्मित घटकांनी उभारावयाचा पूल : (१) पूर्वप्रतिबलन अटकाव, (२) अर्धबहाल, (३) जागेवर भरावयाचा सांधा, (४) तुळई, (५) पूर्वप्रतिबलित केबल ओवण्याची भोके, (६) पूर्वप्रतिबलित केबल अटकाव, (७) रस्ता बनविण्याकरिता अंथरावयाच्या फरश्या,, (८) स्तंभ.

उभारणी : कारखान्यात बनविल्या जाणाऱ्या पूर्वनिर्मित काँक्रीटच्या कोणत्याही घटकाचा आकार आणि जास्तीत जास्त आकारमान व वजन ह्या गोष्टी ते घटक कारखान्यातून उचलून जागेवर वाहून नेणाऱ्या वाहनांच्या क्षमतेवर व मार्गावरील अडचणीच्या जागांवर अवलंबून असतात. त्यापेक्षा जास्त अवजड घटक उभारावयाचे असतात तेव्हा कारखान्यात बनलेले भाग एकमेकांस जागेवर जोडून त्यापासून ते बनवितात. निरनिराळ्या भागांचे जोड करताना जोड अवश्य तितका मजबूत करावा लागतो. अरुंद पट्ट्या पूर्वनिर्मित करून त्यांपासून लादी तयार करताना पट्ट्यांना भिंतीचा किंवा तुळईचा आधार असतो अशा ठिकाणी (आ. २६) त्याचा लळ व कुसू जोड करून तो सिमेंटने भरतात. इतर ठिकाणी जोड करण्याकरिता त्यातील प्रबलनाचासुद्धा जोड करतात व त्याकरिता सळ्या घटकाच्या बाहेर लांबवून उघड्या ठेवतात. या सळ्या वितळजोडाने जोडून त्यांच्या सभोवार घटकाच्या लांबीरुंदीचे सिमेंट घालून करतात किंवा एका घटकातील बाहेर काढलेल्या सळ्या वरील घटकात मुद्दाम ठेवलेल्या भोकांत घुसवून ते सिमेंटने भरून जोड करतात किंवा दोन्ही घटकांत ठेवलेल्या गाळ्यांत स्वतंत्र सळ्या घालून गाळा सिमेंटने भरतात. जोड करावयाच्या काही पद्धती आ. २७ मध्ये दाखविल्या आहेत. पूर्वनिर्मित घटक जोडून करण्यात येणाऱ्या पुलाची कल्पना आ. २८ वरून येईल. घटक जोडून होईपर्यंत खाली उपधारक व टेकू उभारतात, ते आकृतीत दाखविलेले नाहीत.

करंदीकर, रा. म.

संदर्भ : 1. Anita, K. F. Structural Concrete, Bombay, 1967.

2. Cernica, J. N. Fundamentals of Reinforced Concrete, Reading, Mass, 1964.

3. Chi, M. Biberstein, F. A. Theory of Presiressed Concrete, Engelwood Cliffs, N. J., 1963.

4. Leenhandt, F. Trans. Amerongen, C. Van, Prestressed Concrete – Design and Construction, Berlin, 1964.

5. Orchard, D. F. Concrete Technology, 2 Vols., New York, 1962.

6. Stewart, 1962.

7. Troxwell, G. E. Davis, H. E. Composition and Properties of Concrete, New York, 1956.

8. Winter, G. Urquhart, L. C. O’Renkee, C. E. Nilson, A. H. Design of Concrete Structures, New York, 1964.