आर्थर कैसाग्रैंड: वह व्यक्ति जिसने मिट्टी को मापने योग्य बनाया

दुनिया भर की हर मिट्टी प्रयोगशाला में एक छोटा पीतल का कप होता है, जो एक कैम पर लगा होता है। आप इसे गीली मिट्टी से भरते हैं, बीच में एक खांचा काटते हैं, और एक क्रैंक को घुमाते हैं ताकि कप एक निश्चित दूरी तक बार-बार गिरे, जब तक कि खांचा बंद न हो जाए। झटकों की संख्या आपको मिट्टी के बारे में कुछ सटीक बताती है। आर्थर कैसाग्रैंड (Arthur Casagrande) द्वारा उस उपकरण को बनाने से पहले, इंजीनियर अपनी उंगलियों के बीच मिट्टी को गूंदकर राय बनाते थे। उसके बाद, विभिन्न महाद्वीपों की दो प्रयोगशालाएँ एक ही मिट्टी का परीक्षण कर सकती थीं और समान उत्तर प्राप्त कर सकती थीं। यह लगभग पूरी कहानी है कि कैसे नींव इंजीनियरिंग एक शिल्प होने से रुक गई।

अज्दोवशिना, वियना, और एक वायलिन

कैसाग्रैंड का जन्म 28 अगस्त 1902 को अज्दोवशिना (Ajdovščina) में हुआ था, जो तब ऑस्ट्रिया-हंगरी का हिस्सा था और अब स्लोवेनिया में है। इंजीनियरिंग की ओर रुख करने से पहले वह बचपन में वायलिन के उस्ताद थे, और वह एक ऐसे परिवार से आए थे जो पहले से ही इस पेशे में था। उन्होंने लिन्ज़ (Linz) में स्कूल का अपना पहला वर्ष पूरा किया, ट्रिएस्ट (Trieste) चले गए, रील्शुले (Realschule) से पढ़ाई की, और 1924 में वियना में टेक्निश होचशुले (Technische Hochschule) से सिविल इंजीनियरिंग में स्नातक किया, और हाइड्रोलिक्स प्रयोगशाला में प्रोफेसर शफ़रनाक (Schaffernak) के पूर्णकालिक सहायक के रूप में बने रहे।

उसी वर्ष उनके पिता का निधन हो गया। युद्ध के बाद का ऑस्ट्रिया-हंगरी ढह चुका था और युवा इंजीनियरों के लिए कोई काम नहीं था, इसलिए 1926 में, अपनी माँ और अपने प्रोफेसर दोनों की आपत्तियों के बावजूद, उन्होंने न्यूयॉर्क के लिए जहाज ले लिया।

एक संयोग मुलाकात

अमेरिका ने तुरंत उनके साथ दयालु व्यवहार नहीं किया। उन्होंने न्यू जर्सी में कार्नेगी स्टील (Carnegie Steel) के लिए स्टील डिटेलिंग का काम किया। फिर, एमआईटी (MIT) में एक पद के लिए साक्षात्कार देते समय, वह कार्ल टिरज़ागी (Karl Terzaghi) से मिले - जो ऑस्ट्रियाई इंजीनियर थे जिन्होंने अभी-अभी मृदा यांत्रिकी का पूरा सैद्धांतिक आधार तैयार किया था - और उन्हें तुरंत टिरज़ागी के निजी सहायक के रूप में नौकरी की पेशकश की गई।

1926 से 1932 तक कैसाग्रैंड यूएस ब्यूरो ऑफ पब्लिक रोड्स (US Bureau of Public Roads) के साथ एक शोध सहायक थे, जिन्हें एमआईटी में नियुक्त किया गया था, और वह टिरज़ागी के लिए मिट्टी का परीक्षण करते थे। जब टिरज़ागी 1929 में वियना लौट आए, तो कैसाग्रैंड उनके साथ मृदा यांत्रिकी प्रयोगशाला स्थापित करने के लिए गए, अन्य यूरोपीय प्रयोगशालाओं का दौरा किया, और एमआईटी लौट आए, तब तक वह युवा क्षेत्र के व्यावहारिक पक्ष के बारे में जीवित लगभग किसी भी व्यक्ति से अधिक जानते थे।

मिट्टी को मापने योग्य बनाना

टिरज़ागी ने सिद्धांत प्रदान किया था। कैसाग्रैंड ने उपकरण प्रदान किए, और यह अंतर सुनने में जितना लगता है उससे कहीं अधिक मायने रखता है।

मिट्टी एक निर्मित सामग्री नहीं है। दो मिट्टी जो एक जैसी दिखती हैं, वे एक इमारत के नीचे पूरी तरह से अलग व्यवहार कर सकती हैं, और 1930 के दशक तक अंतर का वर्णन करने का कोई सहमत तरीका नहीं था। मिट्टी पानी सोखने के साथ-साथ कई अवस्थाओं से गुजरती है: सूखने पर भंगुर, बीच में प्लास्टिक, और संतृप्त होने पर प्रभावी रूप से तरल। पानी की मात्रा जिस पर वह उन अवस्थाओं के बीच पार करती है - अटरबर्ग सीमाएँ (Atterberg limits) - उसे उपयोगी रूप से चिह्नित करती है। लेकिन उन्हें मापना परीक्षक की उंगलियों और निर्णय पर निर्भर था।

एमआईटी में कैसाग्रैंड की प्रयोगशाला ने निष्पक्षता का पूरा तंत्र तैयार किया: लिक्विड लिमिट डिवाइस, हाइड्रोमीटर टेस्ट, क्षैतिज केशिका परीक्षण, संपीड़न मापने के लिए ओडोमीटर, और शियर बॉक्स। उन्होंने संयुक्त राज्य अमेरिका में ट्राइएक्सियल शियर टेस्ट पेश किया, मिट्टी के कतरनी के दौरान मात्रा बदलने के अध्ययन करने वाले पहले लोगों में से थे, अनड्रेनेड शियरिंग के दौरान दानों के बीच पानी के दबाव के साथ क्या होता है इसे पहचाना, और वह प्रक्रिया विकसित की जिसका उपयोग इंजीनियर आज भी मिट्टी के प्रीकंसोलिडेशन दबाव का पता लगाने के लिए करते हैं - सबसे बड़ा भार जो उसने अपने भूवैज्ञानिक अतीत में कभी ढोया है, जो यह नियंत्रित करता है कि वह नए भार के तहत कितना बसेगी।

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान उन्होंने इस सब को आर्मी कोर ऑफ इंजीनियर्स (Army Corps of Engineers) और ब्यूरो ऑफ रिक्लेमेशन (Bureau of Reclamation) के लिए वर्गीकरण प्रणालियों में बदल दिया, ताकि किसी भी मिट्टी को एक श्रेणी सौंपी जा सके जो उसके इंजीनियरिंग व्यवहार की भविष्यवाणी करती हो। वह सिद्धांत यूनिफाइड सॉइल क्लासिफिकेशन सिस्टम (Unified Soil Classification System) के रूप में जीवित है।

हार्वर्ड

वह 1932 में हार्वर्ड में सहायक प्रोफेसर के रूप में शामिल हुए, और टिरज़ागी के आग्रह पर उसी वर्ष वियना के तकनीकी विश्वविद्यालय में डॉक्टरेट की डिग्री ली, जबकि इससे पहले उनके पास कोई डिग्री नहीं थी। हार्वर्ड में उन्होंने मृदा यांत्रिकी में एक स्नातकोत्तर कार्यक्रम बनाया जो युद्ध के बाद बारह छात्रों से बढ़कर अस्सी से अधिक हो गया, और 1946 में उन्हें मृदा यांत्रिकी और नींव इंजीनियरिंग में एक नया निर्मित अध्यक्ष पद दिया गया। प्रयोगशाला कार्य और रिसाव विश्लेषण पर कार्यक्रम का जोर दुनिया भर में कॉपी किया गया मॉडल बन गया। 1942 और 1944 के बीच उन्होंने इंजीनियर कोर के लिए हवाई क्षेत्र निर्माण में चार सप्ताह के गहन पाठ्यक्रमों के माध्यम से लगभग चार सौ सेना अधिकारियों को प्रशिक्षित किया।

उनका सबसे परिणामी संगठन कार्य पहले आया। 1936 में उन्होंने मृदा यांत्रिकी और नींव इंजीनियरिंग पर प्रथम अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन का आयोजन किया - एक ऐसा विचार जिसे टिरज़ागी ने स्वयं बहुत जोखिम भरा माना था। यह काम कर गया, इसने मृदा यांत्रिकी को सिविल इंजीनियरिंग के लिए अपरिहार्य के रूप में स्थापित किया, और इसने वह उत्पादित किया जो अब इंटरनेशनल सोसाइटी फॉर सॉइल मैकेनिक्स एंड जियोटेक्निकल इंजीनियरिंग (International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering) है, जिसे कैसाग्रैंड ने 1961 से 1965 तक अध्यक्ष के रूप में सेवा दी।

तरलीकरण और बांध

ढलानों और पृथ्वी के भराव की स्थिरता को प्रभावित करने वाली असंसक्त मिट्टी की विशेषताओं पर उनका 1936 का पेपर एक ऐसी घटना को संबोधित करता है जिसे उन्होंने क्षेत्र के लिए नाम दिया था: तरलीकरण (liquefaction)।

तंत्र को स्पष्ट रूप से बताना उचित है, क्योंकि यह लोगों को मारता है। जल स्तर के नीचे ढीली रेत दानों के कंकाल के रूप में बैठती है जिसके अंतराल में पानी होता है। इसे हिलाएं - एक भूकंप, एक विस्फोट, एक तेजी से लोडिंग - और दाने अधिक घने पैकिंग में पुनर्व्यवस्थित होने की कोशिश करते हैं। पानी पर्याप्त तेजी से बाहर नहीं निकल सकता, इसलिए यह भार को ले लेता है। ताकना पानी में दबाव बढ़ता है, दाने एक-दूसरे के खिलाफ दबाना बंद कर देते हैं, और कुछ सेकंड के लिए जमीन में बिल्कुल भी ताकत नहीं होती है। यह एक भारी तरल के रूप में व्यवहार करता है। इमारतें डूब जाती हैं; पृथ्वी के बांध बह जाते हैं।

कैसाग्रैंड ने अपना बाकी करियर इस पर और रिसाव पर बिताया, तीन महाद्वीपों में पृथ्वी के बांधों पर, बोस्टन के लोगान हवाई अड्डे (Logan Airport) की नींव पर, पनामा नहर तटबंधों पर परमाणु विस्फोट लोडिंग के प्रभाव पर, और टिटोन बांध (Teton Dam) की विफलता की जांच पर परामर्श दिया। विशेष रूप से, उन्होंने बाद में तरलीकरण शब्द को वास्तविक प्रवाह पैदा करने वाले कठोर तनाव-नरमी के मामलों तक सीमित करने का तर्क दिया, न कि इसे एक ऑल-कैच-ऑल में विस्तार करने दिया।

आर्थर को जीनियस क्यों कहा जाता है

दावा एक विशिष्ट और कम आंका गया बुद्धि पर निर्भर करता है: यह जानना कि एक विज्ञान तब तक असंभव है जब तक कि उसकी मात्रा को दो बार उसी तरह मापा न जा सके। टिरज़ागी ने अवधारणाओं का निर्माण किया; कैसाग्रैंड ने परीक्षण, उपकरण, वर्गीकरण और शिक्षण कार्यक्रम तैयार किए जिसने सामान्य इंजीनियरों को उनका उपयोग करने दिया, और फिर अंतर्राष्ट्रीय संस्थान का निर्माण किया जिसके माध्यम से क्षेत्र खुद के साथ तर्क कर सकता था। अपने गुरु की सलाह के खिलाफ 1936 के सम्मेलन को बुलाना उनके जीवन का महत्वपूर्ण निर्णय था, और वह सही था। उनके उपकरण नब्बे साल बाद भी बेंच पर हैं, जो अधिकांश सिद्धांतों के कामकाजी जीवन से अधिक लंबा है।

ईमानदार काउंटर-केस यह है कि वह, और काफी हद तक बना रहा, दूसरा आदमी। मृदा यांत्रिकी का संस्थापक सिद्धांत - प्रभावी तनाव, समेकन - टिरज़ागी का है, और महान वैचारिक छलांग कैसाग्रैंड के लिए नहीं थी। उनका अपना योगदान अनुभवजन्य है: प्रक्रियाएं, उपकरण, वर्गीकरण और सहसंबंध, बेहद उपयोगी लेकिन कानून नहीं। यह तथ्य कि उनका सबसे प्रतिष्ठित सम्मान उनके शिक्षक के नाम पर कार्ल टिरज़ागी पुरस्कार (Karl Terzaghi Award) का पहला प्राप्तकर्ता होना था, चुपचाप बताता है। वह हार्वर्ड में बिना डॉक्टरेट के आए और केवल इसलिए लिया क्योंकि टिरज़ागी ने उनसे ऐसा करने के लिए कहा था। सिद्धांत के आविष्कारकों के खिलाफ वह एक छोटा आंकड़ा है; इमारतों के गिरने के सवाल के खिलाफ, वह अधिक मायने रख सकते हैं।

विरासत

कैसाग्रैंड का 6 सितंबर 1981 को निधन हो गया। वह ब्रिटिश जियोटेक्निकल एसोसिएशन (British Geotechnical Association) के पहले रैंकिन लेक्चरर (Rankine Lecturer) और अमेरिकन सोसाइटी ऑफ सिविल इंजीनियर्स (American Society of Civil Engineers) के टिरज़ागी लेक्चरर थे, और आर्थर कैसाग्रैंड प्रोफेशनल डेवलपमेंट अवार्ड (Arthur Casagrande Professional Development Award), जो युवा जियोटेक्निकल इंजीनियरों का समर्थन करता है, उनका नाम रखता है। उन्होंने जिस अनुशासन को बनाने में मदद की वह अब कारण है कि नरम जमीन पर टावर ब्लॉक डालना उल्लेखनीय नहीं है। पीतल का कप भी अभी भी वहां है, अपरिवर्तित, ठीक वही कर रहा है जो उसने इसे करने के लिए डिज़ाइन किया था।