الجيوتقنية

تشير البنية التحتية إلى مجموعة من الأنظمة والخدمات التي توفر الأساس الضروري للتنفيذ الناجح للأنشطة في بلد أو منطقة. معظم البنى التحتية مثل الطرق والسكك الحديدية والجسور والأنفاق هي مادية، نستخدمها مراراً وتكراراً في حياتنا اليومية. تمتد هذه البنى التحتية أيضاً إلى شبكة من المرافق المدفونة مثل خطوط الكهرباء والاتصالات، وأنابيب المياه والغاز، والصرف الصحي. هذه الأنواع من البنى التحتية عادة ما تستخدم بشكل أقل مباشر وتكون مخفية عن أنظارنا.

تشكل البنى التحتية، من جهة، العمود الفقري للاقتصادات الحديثة، ومن جهة أخرى، مثل شبكة الشعيرات الدموية، تسهل الاتصال بين المكونات المختلفة. يؤدي الاستثمار في البنية التحتية إلى النمو الاقتصادي ويعتبر أحد معايير التنمية. يتم تنفيذ جزء من الدراسات الفنية لتطوير البنية التحتية، بالإضافة إلى حمايتها وصيانتها بشكل صحيح، باستخدام المعدات الجيوفيزيائية. تعتبر المعدات الجيوفيزيائية دائماً أداة أساسية في الدراسات الهيكلية وصيانتها.

تتوفر مجموعة متنوعة من المعدات الجيوفيزيائية التي يمكن استخدامها لدراسات وتحقيقات البنية التحتية. توفر الدراسات الجيوفيزيائية معلومات هيكلية على نطاق صغير أو كبير حول الأرض وخصائصها الجيوتقنية. إحدى المزايا الأساسية للدراسات الجيوفيزيائية هي إمكانية الحصول على معلومات لحجم واسع من الأرض وليس فقط نقطة واحدة. بالمقارنة مع الحفر، فإن الطرق الجيوفيزيائية هي طرق غير مدمرة يمكنها توفير معلومات قيمة في وقت أقل من الطرق الأخرى.

من بين الطرق الجيوفيزيائية المختلفة، ثلاث طرق: الزلازل، GPR، والجيوعلمية، هي الأكثر شيوعاً في الدراسات الجيوتقنية. الطرق الجيوفيزيائية الأخرى مثل المغناطيسية الأرضية، والكهرومغناطيسية، والجاذبية الأرضية نادراً ما تستخدم. يحدد نوع التحدي والأهداف قيد الدراسة الطريقة وأيضاً المعدات التي ستستخدم. لحل بعض التحديات وتحقيق الأهداف المرجوة، فإن استخدام عدة طرق ودمج نتائجها أمر لا مفر منه. يؤدي الاستخدام المشترك لعدة طرق جيوفيزيائية في وقت واحد عادة إلى تحسين الدقة.

تطبيق طريقة رصد الزلازل في الدراسات الجيوتقنية:

أصبحت طريقة رصد الزلازل اليوم اختباراً قياسياً لبعض الدراسات الجيوتقنية، ويجب إجراء هذا الاختبار بالضرورة. على سبيل المثال، يعد تحديد نوع التربة باستخدام دراسات رصد الزلازل بناءً على "كود تصميم المباني لمقاومة الزلازل، المعيار 2800" إلزامياً في العديد من الحالات. يستخدم اختبار رصد الزلازل في الآبار، بالإضافة إلى اختبار رصد الزلازل السطحي باستخدام طريقة MASW (التحليل متعدد القنوات للموجات السطحية)، على نطاق واسع كطريقة قياسية لتحديد نوع التربة. كما تستخدم طريقة رصد الزلازل لدراسات تحديد الفوالق، والدراسات الهيكلية، وتفريق طبقات التربة، وتحديد الفراغات، وما إلى ذلك، بالاشتراك مع طرق جيوفيزيائية أخرى. علاوة على ذلك، بعد بناء هيكل، يمكن أن تؤثر عوامل مختلفة على سلامته. أحد العوامل التي يمكن أن تسبب ضرراً للبنى التحتية والهياكل هو الاهتزازات والتذبذبات الناتجة عن الأنشطة في البيئة المحيطة. الاهتزازات الناتجة عن مرور مترو الأنفاق، والانفجارات الخاضعة للسيطرة، والأنشطة البنائية مثل حفر الأنفاق يمكن أن تؤثر على سلامة الهيكل. يكتسب هذا الأمر أهمية مضاعفة لحماية المباني التاريخية. تساعد معدات رصد الزلازل المتخصصين في قياس شدة الموجات الزلزالية في موقع هذه الهياكل ودراسة تأثيرها.

تتوفر مجموعة متنوعة من معدات رصد الزلازل التي يمكن استخدامها لأغراض عمليات رصد الزلازل في الآبار وعلى السطح. تحتوي هذه المعدات على معلمات مختلفة يمكن اختيارها واستخدامها بناءً على أهداف الدراسة.

تطبيق طريقة الجيوعلمية في الدراسات الجيوتقنية:

تعتمد طريقة الجيوعلمية على قياس المقاومة الكهربائية للتربة. يمكن دراسة وتحديد الخصائص التي تسبب تغيرات في المقاومة الكهربائية للتربة بهذه الطريقة. يعد التأكد من عدم وجود ظواهر مدمرة وغير مرغوب فيها مثل الفراغات والفوالق، بالإضافة إلى تحديد الطبقات المشبعة بالمياه أو الطبقات الرخوة، من بين القضايا التي يجب دراستها قبل بناء الهياكل. قد يؤدي التحقيق غير السليم إلى آثار ضارة وأضرار جسيمة في المستقبل. يجب دراسة اكتشاف الفوالق أو الفراغات في مسار الأنفاق أو تحت الهياكل حتى يتسنى اتخاذ التدابير اللازمة إذا وجدت. كما أن معرفة وجود طبقات مشبعة بالمياه أو طبقات رخوة قبل البناء أمر ضروري. تعد طريقة الجيوعلمية أداة فعالة في دراسة وتحديد الظواهر المذكورة أعلاه. باستخدام هذه الطريقة، يمكن الحصول على معلومات قيمة حول الفراغات، والفوالق، ومستوى المياه الجوفية، والطبقات الرخوة، وعمق الصخر الأساس. تم تصنيع أجهزة جيوعلمية مختلفة لإجراء الدراسات الجيوعلمية، ويمكن للخبراء استخدامها لتنفيذ الدراسات. تستخدم هذه الطريقة أيضاً لتحديد معدل تآكل التربة وتحديد أفضل موقع لآبار التأريض. يعد تحديد معدل تآكل التربة أحد الاختبارات الإلزامية في موقع دفن أنابيب نقل المياه والنفط والغاز.

تطبيق طريقة GPR في الدراسات الجيوتقنية:

بالإضافة إلى الدراسات التي تُجرى قبل البناء، فبعد البناء أيضاً، تعد الصيانة والإصلاح أنشطة يجب القيام بها باستمرار. تعد دراسة الأداء والدراسات التي تهدف إلى ضمان سلامة الهيكل وتنفيذه الصحيح اختبارات تهم الخبراء بعد البناء وتُجرى بشكل دوري. تستخدم طريقة GPR، القائمة على إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية، على نطاق واسع كطريقة جيوفيزيائية غير مدمرة في الدراسات الجيوتقنية قبل وبعد بناء الهيكل. تُستخدم هذه الطريقة لتحديد التجاويف والقنوات المدفونة بالاشتراك مع طرق الجيوعلمية والزلزالية. كما أنها قابلة للتطبيق وستظل فعالة في الهياكل المبنية حيث لا يمكن تنفيذ طرق الجيوعلمية والزلزالية بسبب قيود المساحة البيئية.

تتميز طريقة GPR بوجود قيود تشغيلية أقل وسرعة تنفيذ أعلى مقارنة بالطرق الأخرى، ولهذا السبب، يتوسع تطبيقها يومياً. من أهم تطبيقات هذه الطريقة مسح الطرق، ومسح مدارج المطارات، ومسح السكك الحديدية، ودراسات الخرسانة، ودراسات الأنفاق، ودراسات أجسام الهياكل. تم تصميم وتصنيع مجموعة متنوعة من معدات GPR بخصائص مختلفة للتطبيقات الجيوتقنية.