Analytical Studies on R.c Building With Middle Storey Isolation Under Consideration of Soil Structure Interaction

जब कोई भीषण भूकंप आता है, तो ज़मीन केवल हिलती नहीं है; वह लहरों की तरह चलती है। ऊँची इमारतें, जिन्हें टूटने के बिना झूमने के लिए पर्याप्त लचीला बनाया जाता है, कभी-कभी खुद को ज़मीन की इन लहरों की लय के साथ चलते हुए पाती हैं। जब इमारत के स्वाभाविक झूमने की गति, ज़मीन के हिलने की गति से मेल खाती है, तो यह गति बढ़ जाती है, ठीक वैसे ही जैसे किसी बच्चे को झूले पर सही समय पर धक्का देकर उसे और ऊँचा ले जाया जाता है। यह अनुनाद (resonance) एक नियंत्रित थरथराहट को एक विनाशकारी घटना में बदल सकता है, जो उस स्टील और कंक्रीट को छिन्न-भिन्न कर देता है जो एक शहर को थामे रखते हैं। दशकों से, इंजीनियर इमारतों को अधिक सख्त और मजबूत बनाकर इसे हल करने की कोशिश कर रहे हैं, जो अनिवार्य रूप से अत्यधिक बल (brute force) के साथ भूकंप से लड़ने का प्रयास है। हालाँकि, एक आधुनिक दृष्टिकोण इमारत की लय को पूरी तरह से बदलने का है, जिससे वह इतनी धीरे झूम सके कि पृथ्वी की तेज़, हिंसक थरथराहट उसे नुकसान पहुँचाए बिना निकल जाए। यह 'सिस्मिक आइसोलेशन' (भूकंपीय अलगाव) का सिद्धांत है, एक ऐसी तकनीक जो आमतौर पर एक संरचना के बिल्कुल निचले हिस्से में विशेष, लचीले बेयरिंग रखती है ताकि उसे ज़मीन से अलग (decouple) किया जा सके। फिर भी, जैसे-जैसे शहर ऊपर की ओर बढ़ रहे हैं और ज़मीन कम होती जा रही है, इन उपकरणों को आधार पर रखना कठिन या असंभव होता जा रहा है, जिससे इंजीनियर एक अलग सवाल पूछ रहे हैं: क्या होगा यदि हम आइसोलेशन को इमारत के बीच में रखें?

कोनेरू लक्ष्मिआह एजुकेशन फाउंडेशन और अन्य भारतीय संस्थानों के शोधकर्ताओं के एक दल ने एक बारह मंजिला प्रबलित कंक्रीट (reinforced concrete) की इमारत पर इस "मिडल-स्टोरी आइसोलेशन" (मध्य-मंजिल अलगाव) के विचार का परीक्षण करने का निर्णय लिया। वे एक ऐसे कारक में विशेष रूप से रुचि रखते थे जिसे मानक डिजाइनों में अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है: स्वयं मिट्टी। कई कंप्यूटर मॉडलों में, इंजीनियर यह मान लेते हैं कि ज़मीन पत्थर का एक ठोस, अडिग ब्लॉक है, लेकिन वास्तव में, इमारत के नीचे की पृथ्वी अक्सर नरम, कीचड़युक्त या रेतीली होती है, और भूकंप के दौरान यह हिलती और विकृत होती है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि एक मध्य आइसोलेशन परत वाली इमारत विभिन्न प्रकार की मिट्टी पर, कठोर और सख्त ज़मीन से लेकर नरम और दलदली मिट्टी तक, कैसी व्यवहार करेगी। उन्होंने बारह मंजिला इमारत के विस्तृत कंप्यूटर मॉडल बनाए, जिसमें से एक पारंपरिक कठोर आधार वाला था और दूसरा जिसमें छठी और सातवीं मंजिल के बीच एक विशेष आइसोलेशन सिस्टम लगाया गया था। इस मध्य प्रणाली में लीड-कोर रबर बेयरिंग का उपयोग किया गया था, जो अनिवार्य रूप से भारी रबर पैड हैं जिनके केंद्र में लेड (सीसा) होता है जो ऊर्जा को सोखने के लिए सिकुड़ते और फैलते हैं, जिससे इमारत का ऊपरी आधा हिस्सा निचले आधे हिस्से से स्वतंत्र रूप से हिल सकता है।

यह देखने के लिए कि ये संरचनाएँ कैसे टिकेंगी, शोधकर्ताओं ने अपने कंप्यूटर मॉडलों को दुनिया भर के तीन वास्तविक, शक्तिशाली भूकंपों के रिकॉर्ड किए गए झटकों के अधीन किया। उन्होंने प्रत्येक इमारत के लिए सिमुलेशन दो बार चलाया: एक बार यह मानते हुए कि ज़मीन पूरी तरह से कठोर है, और एक बार ज़मीन को लचीला और गतिशील होने देने के लिए, जैसा कि वास्तविक दुनिया में होता है। परिणामों ने दिखाया कि मध्य आइसोलेशन प्रणाली ने उल्लेखनीय रूप से अच्छा काम किया, लेकिन इसकी प्रभावशीलता पूरी तरह से उसके नीचे की ज़मीन पर निर्भर थी। आइसोलेशन परत वाली इमारत पारंपरिक इमारत की तुलना में अधिक धीरे झूमती थी, जिससे उसकी प्राकृतिक लय भूकंप की खतरनाक आवृत्तियों (frequencies) से दूर हो गई। लय में इस बदलाव का अर्थ था कि इमारत ने झटकों के बल को बहुत कम अवशोषित किया। सिमुलेशन में, अलग की गई इमारत के आधार पर संचारित होने वाले बल में काफी कमी आई, जिसमें कठोर ज़मीन पर लगभग तेईस प्रतिशत से लेकर नरम मिट्टी पर लगभग चालीस प्रतिशत तक की कमी देखी गई। नरम मिट्टी, जो एक नुकसान लग सकती है, वास्तव में आइसोलेशन प्रणाली को और भी बेहतर तरीके से काम करने में मदद करती है क्योंकि यह पूरी प्रणाली में अतिरिक्त लचीलापन जोड़ देती है, जिससे संरचना अधिक ऊर्जा को नष्ट (dissipate) कर पाती है।

अध्ययन ने यह भी देखा कि भूकंप के दौरान इमारत के ऊपरी हिस्से में कितना विस्थापन होता है। पारंपरिक इमारत में, पूरी संरचना ज़मीन से ऊपर तक झूमती है, जिससे हर मंजिल पर तनाव पड़ता है। आइसोलेशन वाले संस्करण में, हलचल आइसोलेशन परत पर केंद्रित होती है, जो एक कब्जे (hinge) की तरह कार्य करती है, जबकि ऊपरी मंजिलें एक इकाई के रूप में अधिक कोमलता से हिलती हैं। इसके परिणामस्वरूप इमारत के शीर्ष पर पार्श्व गति (sideways movement) में भारी कमी आई, जिसमें सबसे अच्छे परिणाम फिर से नरम मिट्टी पर देखे गए, जहाँ ऊपरी मंजिल पारंपरिक डिज़ाइन की तुलना में लगभग बत्तीस प्रतिशत कम हिलती है। महत्वपूर्ण रूप से, सबसे चरम परिदृश्यों में भी, आइसोलेशन वाली इमारत की गति इंजीनियरिंग कोड द्वारा निर्धारित सुरक्षा सीमाओं के भीतर रही, जो यह सुझाव देती है कि एक बड़े भूकंप के बाद संरचना खड़ी और कार्यात्मक रहेगी। शोधकर्ताओं ने पाया कि मिट्टी के लचीलेपन को अनदेखा करने से इस बात का कम आकलन हुआ कि आइसोलेशन प्रणाली कितनी अच्छी तरह काम कर सकती है, विशेष रूप से नरम ज़मीन पर। मध्य आइसोलेशन को मिट्टी के प्राकृतिक लचीलेपन के साथ जोड़कर, इमारत एक अधिक लचीली प्रणाली बन गई, जो एक पारंपरिक संरचना की तुलना में भूकंप के हिंसक बलों का सामना करने में काफी कम क्षति और तनाव के साथ सक्षम है। यह कार्य सुझाव देता है कि भूकंप प्रभावित क्षेत्रों में ऊँची इमारतों के लिए, विशेष रूप से जहाँ ज़मीन नरम हो, आइसोलेशन को संरचना के बीच में रखना इमारत और उसके भीतर के लोगों दोनों की रक्षा करने का एक शक्तिशाली और व्यावहारिक तरीका हो सकता है।