Ingenieurgeologie

Die Ingenieurgeologie ist die Anwendung geologischer Erkenntnisse im Ingenieurwesen , um sicherzustellen, dass geologische Faktoren bei der Standortwahl, Planung, dem Bau, dem Betrieb und der Instandhaltung von Bauwerken berücksichtigt werden. ^{[ 1 ]} Ingenieurgeologen liefern geologische und geotechnische Empfehlungen, Analysen und Planungsunterlagen für die menschliche Entwicklung und verschiedene Bauwerksarten. ^{[ 2 ]} Ihr Tätigkeitsfeld umfasst im Wesentlichen die Wechselwirkungen zwischen Erde und Bauwerk, also die Untersuchung, wie die Erde oder geologische Prozesse von Menschenhand geschaffene Bauwerke und menschliche Aktivitäten beeinflussen.

Ingenieurgeologische Untersuchungen können in den Planungs-, Umweltverträglichkeitsprüfungs-, Bau- und Tragwerksplanungs-, Wertanalyse- und Bauphasen öffentlicher und privater Bauvorhaben sowie in der Nachbearbeitungs- und Schadensuntersuchungsphase durchgeführt werden. Zu den Aufgaben von Ingenieurgeologen gehören unter anderem die Beurteilung geologischer Gefahren , geotechnische Untersuchungen, Materialeigenschaften, Hang- und Erdrutschsicherheit, Erosion , Überschwemmungen , Grundwasserabsenkung und seismische Untersuchungen. ^{[ 3 ]} Ingenieurgeologische Untersuchungen werden von Geologen oder Ingenieurgeologen durchgeführt, die über eine entsprechende Ausbildung und Erfahrung in der Erkennung und Interpretation natürlicher Prozesse, dem Verständnis ihrer Auswirkungen auf Bauwerke (und umgekehrt) sowie Kenntnissen über Methoden zur Minderung von Gefahren durch natürliche oder anthropogene Einflüsse verfügen. Das Hauptziel des Ingenieurgeologen ist der Schutz von Leben und Eigentum vor Schäden durch geologische Gegebenheiten. ^{[ 4 ]}

Die Ingenieurgeologie ist eng mit der geologischen und geotechnischen Ingenieurpraxis verknüpft . Unterschiede im Inhalt der Disziplinen liegen hauptsächlich in der Ausbildung und Erfahrung der jeweiligen Fachkräfte.

Obwohl die Geologie , zumindest in ihrer modernen Form, schon seit Jahrhunderten erforscht wird, etablierte sich die Ingenieurgeologie als eigenständige Disziplin erst im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert. Das erste Buch mit dem Titel „Engineering Geology“ wurde 1880 von William Penning veröffentlicht. Anfang des 20. Jahrhunderts arbeitete Charles Peter Berkey , ein in Amerika ausgebildeter Geologe, der als erster amerikanischer Ingenieurgeologe gilt , an mehreren Wasserversorgungsprojekten für New York City und später am Hoover-Staudamm sowie an zahlreichen weiteren Ingenieurprojekten. Das erste amerikanische Lehrbuch der Ingenieurgeologie erschien 1914 bei Ries und Watson. 1921 richtete Reginald W. Brock , der erste Dekan der Fakultät für Angewandte Wissenschaften an der University of British Columbia , die ersten Bachelor- und Masterstudiengänge in Geologischer Ingenieurwissenschaft ein und betonte, dass Studierende mit ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung hervorragende Geologen abgeben würden. 1925 veröffentlichte der österreichische Ingenieur und Geologe Karl Terzaghi das erste Lehrbuch der Bodenmechanik (in deutscher Sprache). Terzaghi gilt als Begründer der Bodenmechanik, interessierte sich aber auch sehr für Geologie; er betrachtete die Bodenmechanik als Teilgebiet der Ingenieurgeologie. 1929 veröffentlichte er zusammen mit Redlich und Kampe ein eigenes Lehrbuch der Ingenieurgeologie (ebenfalls in deutscher Sprache).

Die Notwendigkeit von Geologen im Ingenieurbau erlangte 1928 mit dem Bruch des St. Francis-Staudamms in Kalifornien und dem Tod von 426 Menschen weltweite Aufmerksamkeit. Weitere Ingenieurkatastrophen in den darauffolgenden Jahren führten ebenfalls zu dem Bedarf an Ingenieurgeologen für große Bauprojekte.

Im Jahr 1951 wurde eine der frühesten Definitionen des Begriffs „Ingenieurgeologe“ oder „Professioneller Ingenieurgeologe“ vom Exekutivausschuss der Abteilung für Ingenieurgeologie der Geological Society of America vorgelegt .

Eine der wichtigsten Aufgaben von Ingenieurgeologen ist die Interpretation von Landformen und geologischen Prozessen, um potenzielle geologische und damit verbundene anthropogene Gefahren zu identifizieren, die erhebliche Auswirkungen auf Bauwerke und die menschliche Entwicklung haben können. Ihr geologisches Fachwissen ermöglicht es ihnen, die Funktionsweise der Erde zu verstehen, was für die Minimierung erdbedingter Gefahren unerlässlich ist. Die meisten Ingenieurgeologen verfügen zudem über einen Hochschulabschluss mit Spezialisierungen in Bodenmechanik , Felsmechanik , Geotechnik , Grundwasserforschung , Hydrologie und Bauplanung. Diese beiden Aspekte ihrer Ausbildung verleihen ihnen die besondere Fähigkeit, Gefahren im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen Erde und Bauwerk zu verstehen und zu mindern.

Es können ingenieurgeologische Untersuchungen und Studien durchgeführt werden:

• für Wohn-, Gewerbe- und Industriegebiete;
• für Regierungs- und Militäreinrichtungen ;
• für öffentliche Bauwerke wie Regenwasserkanalisation, Kraftwerke , Windkraftanlagen , Übertragungsleitungen, Kläranlagen , Wasseraufbereitungsanlagen , Rohrleitungen ( Aquädukte , Abwasserkanäle , Ausläufe ), Tunnel , grabenlose Bauweisen, Kanäle , Dämme , Stauseen , Gebäudefundamente , Eisenbahnen , öffentliche Verkehrsmittel , Autobahnen , Brücken , Erdbebensicherungen , Flughäfen und Parks ;
• für die Erschließung von Bergwerken und Steinbrüchen , den Bau von Absetzbecken, die Sanierung von Bergwerken und den Tunnelbau ;
• für Programme zur Wiederherstellung von Feuchtgebieten und Lebensräumen ;
• für staatliche, gewerbliche oder industrielle Sanierungsstandorte für gefährliche Abfälle;
• für Küsteningenieurwesen , Sandaufspülung , Stabilisierung von Steilküsten oder Meeresklippen , Hafen- , Pier- und Uferentwicklung;
• für Offshore- Auslaufleitungen , Bohrplattformen und Unterwasserpipelines , Unterseekabel; und
• für andere Arten von Einrichtungen.

Zu den typischen geologischen Gefahren oder anderen widrigen Bedingungen, die von einem Ingenieurgeologen bewertet und gemildert werden, gehören:

• Bruch von seismisch aktiven Verwerfungen ;
• seismische und Erdbebengefahren (Bodenerschütterungen, Bodenverflüssigung , Bodenbewegungen, seitliche Ausbreitung , Tsunami- und Seiche- Ereignisse);
• Gefahren durch Erdrutsche , Schlammlawinen , Steinschläge , Murgänge und Lawinen ;
• instabile Hänge und Hangstabilität ;
• Erosion ;
• Zerfall und Hebung geologischer Formationen, wie zum Beispiel Frosthebung ;
• Bodenabsenkungen (z. B. aufgrund von Grundwasserentnahme , Einsturz von Erdfällen, Höhleneinstürzen , Zersetzung organischer Böden und tektonischen Bewegungen);
• vulkanische Gefahren ( Vulkanausbrüche , heiße Quellen , pyroklastische Ströme , Schuttströme , Schuttlawinen , vulkanische Gasemissionen , vulkanische Erdbeben );
• nicht oder nur bedingt reißbares Gestein, das starkes Reißen oder Sprengen erfordert ;
• schwache und nachgebende Böden, Versagen der Fundamentlagerung;
• Flaches Grundwasser/Sickerwasser; und
• andere Arten geologischer Einschränkungen.

Ein Ingenieurgeologe oder Geophysiker kann hinzugezogen werden, um die Ausgrabungsfähigkeit (d. h. die Aufreißbarkeit ) von Erd- (Gesteins-) Materialien zu beurteilen, um den Bedarf an Vorsprengungen während Erdbauarbeiten sowie die damit verbundenen Auswirkungen durch Vibrationen während der Sprengarbeiten bei Projekten zu ermitteln.

Die Bodenmechanik ist eine Disziplin, die Prinzipien der Ingenieurmechanik – wie Kinematik, Dynamik, Strömungsmechanik und Festigkeitslehre – anwendet, um das mechanische Verhalten von Böden vorherzusagen. Die Felsmechanik ist die theoretische und angewandte Wissenschaft vom mechanischen Verhalten von Gestein und Felsmassen; sie ist jener Teilbereich der Mechanik, der sich mit der Reaktion von Gestein und Felsmassen auf die Kraftfelder ihrer physikalischen Umgebung befasst. Die grundlegenden Prozesse hängen alle mit dem Verhalten poröser Medien zusammen. Gemeinsam bilden Boden- und Felsmechanik die Basis für die Lösung vieler ingenieurgeologischer Probleme.

Zu den Methoden, die Ingenieurgeologen in ihren Studien anwenden, gehören

• geologische Feldkartierung von geologischen Strukturen, geologischen Formationen, Bodeneinheiten und Gefahren;
• die Durchsicht geologischer Literatur, geologischer Karten, geotechnischer Berichte, Ingenieurpläne, Umweltberichte , stereoskopischer Luftbilder , Fernerkundungsdaten , Daten des Globalen Positionierungssystems (GPS), topografischer Karten und Satellitenbilder ;
• Ausgrabung, Probenahme und Protokollierung von Erd-/Gesteinsmaterialien in Bohrlöchern, Testgruben und -gräben mit Baggern, Verwerfungsgräben und Bulldozergruben;
• geophysikalische Untersuchungen (wie seismische Refraktionsmessungen, Widerstandsmessungen , Georadar- Untersuchungen (GPR), Magnetometer -Untersuchungen, elektromagnetische Untersuchungen, hochauflösende Untergrundprofilierung und andere geophysikalische Methoden);
• Deformationsüberwachung als die systematische Messung und Verfolgung der Veränderung der Form oder der Abmessungen eines Objekts infolge der manuellen oder automatischen Einwirkung von Spannungen durch ein Deformationsüberwachungssystem ; und
• andere Methoden.

Die Feldarbeit mündet typischerweise in der Datenanalyse und der Erstellung eines ingenieurgeologischen Gutachtens, eines geotechnischen Gutachtens oder einer Planungsbeschreibung, eines Gutachtens zu Verwerfungs- oder Erdbebengefahren, eines geophysikalischen Gutachtens, eines Gutachtens zu Grundwasserressourcen oder eines hydrogeologischen Gutachtens. Das ingenieurgeologische Gutachten kann auch in Verbindung mit einem geotechnischen Gutachten erstellt werden, enthält aber üblicherweise dieselben geotechnischen Analysen und Planungsempfehlungen. Ein ingenieurgeologisches Gutachten beschreibt die Ziele, die Methodik, die zitierten Quellen, die durchgeführten Untersuchungen, die Ergebnisse und die Empfehlungen für die Entwicklung und die detaillierte Planung von Ingenieurbauwerken. Ingenieurgeologen stellen geologische Daten auch auf topografischen Karten, Luftbildern, geologischen Karten, GIS -Karten oder anderen Kartengrundlagen bereit.

• Brock, 1923, Die Ausbildung eines Geologen: Wirtschaftsgeologie, Bd. 18, S. 595–597.
• Bates und Jackson, 1980, Glossar der Geologie: Amerikanisches Geologisches Institut.
• González de Vallejo, L. und Ferrer, M., 2011. „Geological Engineering“. CRC Press, 678 Seiten.
• Kiersh, 1991, Das Erbe der Ingenieurgeologie: Die ersten hundert Jahre: Geological Society of America; Jubiläumsausgabe Band 3
• Legget, Robert F., Hrsg., 1982, Geologie unter Städten: Geological Society of America; Reviews in Engineering Geology, Band V, 131 Seiten; enthält neun Artikel von verschiedenen Autoren für diese Städte: Washington, DC; Boston; Chicago; Edmonton; Kansas City; New Orleans; New York City; Toronto; und Twin Cities, Minnesota.
• Legget, Robert F., und Karrow, Paul F., 1983, Handbuch der Geologie im Bauingenieurwesen: McGraw-Hill Book Company, 1340 Seiten, 50 Kapitel, fünf Anhänge, 771 Abbildungen. ISBN 0-07-037061-3
• Price, David George, Ingenieurgeologie: Grundlagen und Praxis , Springer, 2008 ISBN 3-540-29249-7
• Prof. D. Venkat Reddy, NIT-Karnataka, Ingenieurgeologie , Vikas Publishers, 2010 ISBN 978-81259-19032
• Bulletin für Ingenieurgeologie und Umwelt

• Wang HF, Theorie der linearen Poroelastizität mit Anwendungen in der Geomechanik und Hydrogeologie, Princeton Press, (2000).
• Waltham T., Grundlagen der Ingenieurgeologie, 2. Auflage, Taylor & Francis, (2001).