پی ساختمان
اکتشاف زیرسطحی و آزمایش خاک

فرایند شناسایی لایه‌های نهشته در زیر بنای پیشنهادی و شناسایی ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها، عموماً به عنوان اکتشاف زیرسطحی شناخته می‌شود. برای همه ساختمان‌ها به جز ساختمان‌های کوچک، طراحی پی با بررسی شرایط خاک در محل انجام می‌شود. گودال‌های آزمایشی را می‌توان زمانی حفر کرد که فونداسیون از عمق تقریباً ۳ متر بیشتر نباشد، که حداکثر دسترسی عملی ماشین‌های خاک‌برداری کوچک است. لایه‌های خاک و شرایط آب زیرسطحی را می‌توان در گودال مشاهده کرد و برای ارزیابی نمونه‌برداری کرد. آب زیر سطح زمین را آب زیرزمینی و ارتفاعی که در آن خاک به‌طور کامل از آب‌های زیرزمینی اشباع شده باشد، سطح آب زیرزمینی (water table) نامیده می‌شود. اگر سطح آب در عمق یک گودال آزمایشی حفر شده در خاک‌های درشت‌دانه قرار گیرد، به آسانی قابل مشاهده خواهد بود، زیرا گودال به سرعت تا آن سطح از آب پر می‌شود. گودال‌های آزمایشی حفر شده در خاک‌های ریزدانه با نفوذپذیری کمتر ممکن است به راحتی ارتفاع سطح آب را آشکار نکنند، زیرا آب‌های زیرزمینی ممکن است به آرامی در خاک نفوذ کنند. در چنین مواردی، ارتفاع سطح آب زیرزمینی را می‌توان با یک چاه رویت حفر شده جداگانه یا دستگاه‌هایی که فشار آب را در داخل خاک اندازه‌گیری می‌کنند، تعیین کرد.
در جایی که گودال‌های آزمایشی باز عملی نیستند یا اطلاعاتی در اعماق بیشتر مورد نیاز است، سوراخ‌های آزمایشی با دستگاه‌های حفاری قابل حمل، انجام می‌شوند. با پیشرفت حفاری، شرایط خاک در فواصل منظم و به ویژه هنگامی که لایه‌های مختلف خاک با هم مواجه می‌شوند، ارزیابی می‌شوند. چگالی خاک و ظرفیت باربری بالقوه با شمارش ضربات چکش روی یک لوله توخالی با انتهای باز به نام نمونه‌گیر نفوذ (penetration sampler) ارزیابی می‌شود، زیرا در فاصله استانداردی به داخل چاه گمانه (borehole) پیش می‌رود. نمونه‌های استخراج شده از حفاری در میدان، مورد بررسی قرار می‌گیرند و اغلب برای آزمایش در آزمایشگاه نیز فرستاده می‌شوند. سوراخ‌های آزمایشی می‌توانند اطلاعات مربوط به هر لایه خاک مانند نوع، عمق و ضخامت خاک و همچنین شرایط آب زیرزمینی را نشان دهند. معمولاً چندین سوراخ در نقاط مختلف یک سایت زده می‌شود. موقعیت و اطلاعات هر یک نقشه‌برداری می‌شود و نتایج درون‌یابی می‌شوند تا تصویر کامل‌تری از شرایط زیرسطحی کل برای استفاده توسط مهندس شالوده ایجاد شود.
آزمایشات بار نیز ممکن است در محل ساخت‌وساز برای ارزیابی بیشتر ظرفیت باربری و پایداری خاک انجام شود. در جایی که خاک‌های باربر توسط گودال‌های آزمایشی در معرض دید قرار گرفته‌اند، ممکن است یک چارچوب موقت برای حمایت از بلوک‌های بتنی بزرگ ساخته شود تا بار استاتیکی (ثابت) به خاک‌های در معرض دید اعمال شود و واکنش آنها در طی چند روز یا چند هفته مشاهده شود. در جاهایی که از پی‌های عمیق‌تر استفاده می‌شود (به عنوان مثال، شمع‌های اصطکاکی)، از بارگذاری‌های استاتیکی یا دینامیکی (ضربه کنترل شده) این عناصر ممکن است برای تأیید اینکه به لایه‌های باربر مورد نظر رسیده‌اند و اینکه طبقات و عناصر پی مطابق پیش‌بینی رفتار می‌کنند، استفاده شود. در آزمایشگاه، نمونه‌های خاک خشک می‌شوند و سپس با استفاده از مجموعه‌ای از غربال‌ها با صفحه‌های توری سیمی با فاصله‌های مختلف، درجه‌بندی ذرات تعیین می‌شود. همان‌طور که یک نمونه خاک از میان الک‌های متوالی ریزتر عبور داده می‌شود، ذرات با اندازه‌های مختلف از هم جدا می‌شوند و کمیت نسبی هر کدام تعیین می‌شود. برای خاک‌های بسیار ریز، اندازه ذرات با مخلوط کردن خاک با آب و مشاهده سرعت رسوب ذرات از سوسپانسیون مایع تعیین می‌شود (ذرات بزرگتر سریعتر از ذرات کوچکتر ته‌نشین می‌شوند). به‌طور کلی توزیع اندازه دانه در خاک‌های درشت‌دانه با استفاده از آنالیز غربال و برای خاک‌های ریزدانه با استفاده از آنالیز هیدرومتر به‌دست آورده می‌شود.
برای خاک‌های چسبنده، ویژگی‌هایی مانند حد مایع و حد خمیر (plastic limit) (درصد آبی که در آن خاک از جامد به خمیر تبدیل می‌شود) تعیین می‌شود. آزمایش‌های اضافی می‌توانند درصد آب خاک، نفوذپذیری، پتانسیل آبگونه‌سازی (liquefaction)، ترکیبات شیمیایی، پتانسیل انبساط، استحکام در برش و فشار، و پتانسیل تحکیم را تعیین کنند.
اطلاعات به دست آمده از طریق اکتشاف زیرسطحی و آزمایش‌های آزمایشگاهی در یک گزارش ژئوتکنیکی مکتوب خلاصه می‌شود. این گزارش می‌تواند شامل توصیه‌هایی برای بارهای مجاز برای لایه‌های مختلف خاک، انواع پی مناسب، نرخ تخمینی نشست پی، زهکشی خاک و نیاز به ضدآب شدن پی و سایر اطلاعات مرتبط باشد. این گزارش توسط مهندسین در طراحی گودبرداری، سیستم‌های پشتیبانی گودبرداری، آبگیری، پی ساختمان و زیرسازی استفاده می‌شود. این اطلاعات همچنین توسط پیمانکاران در برنامه‌ریزی و اجرای کار خود در حین ساخت استفاده می‌شود.