پیش بینی رفتار مصالح ژئوتکنیکی پیچیده تر از سایر مصالح مصنوعی مثل فولاد و بتن و حتی ژئوتکستایل ها است، از این جهت برای بررسی و شناخت محیط ژئوتکنیکی نیازمند کاوش‌های بیشتری نسبت به سایر مصالح می‌باشد.
مثلا مهندس سازه برای استفاده از ستون نیازی به انجام آزمایش مقاومت کششی فولاد برای آرماتورها را ندارد چون تمام مشخصات فولاد مصرفی موجود است. ولی وقتی مهندس ژئوتکنیک طراحی یک پی را انجام می‌دهد لازم است مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی مناسبی را بر روی بستر مورد نظر انجام دهد و اطلاعاتی مثل: میزان نفوذپزیری، وضعیت تخلخل خاک و شرایط لایه بندی پی و سایر مشخصات فنی زمین را به دست آورد و بعد از سپری کردن این مراحل و با استفاده از دانش و تجربه مهندسی خود و نتایج حاصله طرح لازم را ارائه دهد.
هدف از کاوش‌های ژئوتکنیکی و ژئوفیزیکی:
- تعیین جنس و ضخامت لایه‌های خاک و عمق سنگ بستر.
- تعیین عمق سطح آب زیر زمینی و احتمالا تعیین ترکیبات شیمیایی آب زیرزمینی برای و اثرات احتمالی مترتب بر آن.
- تعیین مشخصات مصالح و معین کردن مشخصات خاک از طریق آزمایش‌های صحرایی که برای طراحی به آن نیاز است.
- نمونه گیری برای مطالعات تکمیلی و انجام آزمایش‌های آزمایشگاهی .
- مشخص کردن و مکان نمایی حفرات یا قناتهای موجود در محل و همچنین سایر عوارض طبیعی و مصنوعی.
تعداد و نوع آزمایش‌هایی صحرایی انجام شده تابع شرایط زمین و مشخصات سازه و سطح مطالعات می‌باشد .
زمین یک محیط طبیعی است و شناخت آن همواره مشکل تر از شناخت محصولات مصنوعی است، بر همین اساس برای شناسایی مشخصات پی هر سازه لازم است کاوش‌های مستقلی صورت پذیرد و عدم توجه به مطالعات صحرایی معمولا منجر به طرح سازه‌های غیر اقتصادی یا غیر ایمن می‌گردد.
انواع کاوش‌های صحرایی ژئوتکنیکی:
- حفاری در زمین با ادوات مکانیکی یا دست .
- نمونه گیری دست خورده یا دست نخورده از زمین .
- انجام آزمایش برجا.
- کاوش‌های صحرایی ژئوفیزیک .
- دورسنجی.
حفاری قدیمی ترین روش جمع آوری اطلاعات از وضعیت زیر سطح زمین است. معمولا حفاری توسط دستگاه‌های حفار که دارای موتور محرک و دکل بزرگ و میله‌های بلند و سرمته هستند صورت می‌پذیرد و می‌توان به جای سرمته نمونه گیر و یا ادوات آزمون‌های صحرایی را به آن‌ها متصل نمود. هر چند که روش حفاری دسترسی مستقیم به لایه‌های زیر سطحی را فراهم می‌کند با این حال این اطلاعات صرفا برای نقاط حفاری شده اطمینان بخش و قطعی هستند و تغییرات بین این نقاط با تخمین و قضاوت مهندسی تخمین زده می‌شود.
کاربرد مطالعات ژئوفیزیک:
با توجه به آنکه متراژ حفاری‌های مرحله قبل محدود است و از آنجایی که بعضی از عوارض با کاوش‌های ژئوفیزیک راحت تر و وسیع تر مشخص می‌شوند، با استفاده از تکنیک‌های ژئوفیزیک اطلاعات مطالعات تکمیل و تدقیق می‌گردد. قابل ذکر است که روش‌های ژئوفیزیک از سهولت و سرعت برخوردار بوده و نسبت به روش‌های حفاری از هزینه کمتری برخوردارهستند. ولی اطلاعات حاصله از آن‌ها حالت اجمالی داشته و از دقت بالایی برخوردار نیست. به عنوان مثال نفوذ پذیری لایه‌های پی به طور مستقیم از نتایج ژئوفیزیک قابل استخراج نیست ولی با برقراری ارتباط بین نتایج حاصله بطور غیر مستقیم وضعیت اجمالی نفوذپزیری لایه‌های زیرسطحی روشن می‌گردد.
بسیاری از محققین معتقند که روش‌های ژئوفیزیک برای ترسیم پروفیل خاک از کارایی لازم برخوردار هستند با این حال اگر اطلاعات جزئی حاصله از آن‌ها توسط مهندسین مجرب تفسیر نشده باشد ممکن است نتایج غیر واقع بینانه به دست آید.
انواع برداشت‌های ژئوفیزیکی:
1) برداشت هوایی: روش‌های مغناطیسی، الکترو مغناطیسی، رادیومتری، هوابرد و ثقل سنجی هوابرد سریعترین روش‌های ژئوفیزیک اکتشافی می‌باشند. این روش‌ها برای پوشش مناطق وسیع کم هزینه تر از روش‌های زمینی هستند، ولی به علت دقت پایین صرفا برای شناسایی مواد معدنی کاربرد دارند و تجهیزات در داخل یا دنباله هواپیما نصب گردد.
2)برداشت دریای: این کاوش‌ها به منظور شناسایی ویژگی‌های فیزیکی زیر بستر آب، در محیط آبی انجام می‌شود، تجهیزات می‌توانند در داخل کشتی‌ها یا به دنبال آن‌ها نصب گردند.
3) برداشت درون چاه: در این روش تجهیزات ژئوفیزیکی در یک محفظه استوانه‌ای با قطری کمتر از قطر گمانه قرار می‌گیرد و توسط یک کابل به داخل گمانه فرستاده می‌شود. ثبت پیوسته ی خصوصیات ژئوتکنیکی که در طول گمانه مشاهده می‌شود از اهداف این نوع بررسی است.
4) برداشت زمینی: بر روی سطح زمین بوسیله دستگاه‌های مخصوص انجام می‌شود . متنوع ترین برداشت‌های ژئوفیزیکی در این بخش و در فعالیت‌های عمرانی این برداشت است.
فواید کاوش‌های صحرایی در پروژه ها:
- انتخاب ساختگاه مناسب: برای احداث برخی از سازه‌ها ساختگاه‌های متعددی وجود دارد، یکی از معیارهای انتخاب ساختگاه بهینه وضعیت ژئوتکنیکیی می‌باشد.
- طراحی پی سازه ها: مهندس سازه برای آنکه بتواند ابعاد و نوع پی را طراحی کند به داده‌های ژئوتکنیکی کافی احتیاج دارد علاوه بر این در برخی از سازه‌ها طراحی پی‌ها به طور معمول با وضعیت اولیه زمین مقدور نیست در این گونه موارد معمولا اصلاح زمین و بهبود مشخصات آن در دستور کار قرار می‌گیرد.
- طراحی سازه‌های موقت: در اجرای برخی از سازه‌ها انجام کارهای موقت نظیر گود برداری پی، پایدارسازی موقت جدار حفاری شده و آب بندی گودال پی الزامی می‌باشد.
- مطالعه اثرات زیست محیطی پروژه ها: ارزیابی شاخص‌های زیست محیطی پروژه در کنار سایر مطالعات و طراحی‌های پروژه صورت می‌پذیرد، از جمله این مطالعات می‌توان به بررسی این موارد اشاره کرد: بررسی آلودگی‌های زیر سطحی، میزان نشت شیرابه ها، ترکیب شیمیای املاح موجود در آب‌های سطحی و زیر زمینی و اثرات آن‌ها در انحلال خاک.
- ترمیم سازه‌های اسیب دیده: برای سازه‌های که در معرض خرابی کلی یا موضعی هستند معمولا طرح ترمیم و مقاوم سازی ارائه می‌شود، این امر مستلزم اطلاع از مشخصات زمین و پارامتر‌های معرف مصالح می‌باشد. معمولا برای جمع اوری این اطلاعات از ازمون‌های صحرایی استفاده می‌شود.
- بررسی عملکرد سازه‌های موجود: برای مطالعه ی رفتار لرزه‌ای پی و سازه انجام می‌شود.