Trends in Engineering Geology in the United States

Summary

Trends in Engineering Geology in the United States. The scope of geological sciences has shifted during the past generation in the United States. Today, geology is largely valued in proportion to its quantitative performance with applied science and engineering professions. Nearly 85 per cent of geologists are somehow involved, full-or part-time, with such applications. Although academic emphasis has been oriented towards the purely classical, a re-orientation is imminent within this decade.

Engineering geology is distinctive by its predominant confinement to the physical aspects of geoscience, i. e., physico-geology. An orderly grouping of the significant phenomena, principles, unique techniques and intangible factors constitutes the nucleus. Formerly practiced as an artful blending of general geology and judgment, today engineering geology is an applied science with a strong emphasis on quantification and solid geophysics.

The other branches of applied geology — petroleum, mining, and ground water — are distinctive by confinement to the dominantly mineral aspects of geoscience and demand for specific resources.

Tomorrow’s undergraduate geology curricula will consist largely of preparation in the basic sciences, humanities, and engineering science, integrated with a few strong geological courses. Consistent with the improved caliber of pre-college training in the sciences, geology courses will start at a higher introductory level, be more rigorous and inclusive in content, and combine principles from overlapping courses into one strong presentation in geoscience. Graduate-level training in selected facets of geoscience is taken for granted for students planning a career in engineering geology. The integrated geoscience courses of the future will emphasize the environmental approach and “why” of processes and features.

Geology is changing from a predominately mineral-exploration science to one of diversification and acceptance by many other professions. All indications are for more physical data and proportionately less mineral. Henceforth, many petroleum and mining activities will fall within the broad category of heavy construction, i. e., open pits, secondary recovery, nuclear blasting for fragmentation. This trend, along with the expansive needs for physico-geology in applied science and engineering offers a growing diversification to engineering geology practice in such fields as: heavy construction of every type; municipal engineering and city and regional planning; water development; the construction materials and chemical industries; stream pollution and abatement, waste disposal, and public health; land evaluation, investment counseling, and legal aspects of materials and geologic conditions; oceanography and coastal environments; space exploration; nuclear explosions for industrial uses; and many military phases (Appendix, II — B).

The sophisticated and diverse problems destined for engineering geologists are fascinating. In addition to the many well-known ones of today, the future will require attention to such problems as: determining the stress retained in a rock mass by refining test data with such geologic factors as age and deformational history, inherent properties, and the factor of time; measuring strain-stress buildup along active faults; delineating near-surface magma migrations; predicting volcanic eruptions and earthquakes; use of aerie sensoring to map and interpret terrain conditions; and adapting nuclear explosions iv industrial uses.

Zusammenfassung

Tendenzen der Ingenieurgeologie in den Vereinigten Staaten. Der Aufgabenbereicl geologischer Wissenschaften in den Vereinigten Staaten hat sich während der letzten Generation verschoben. Der Wert, welcher der Geologie heute beigemessen wird, richtet sich hauptsächlich nach dem Umfang ihrer Anwendungsmöglichkeit in Verbindung mit angewandter Naturwissenschaft und Ingenieurberufen. Annähernd 85% der Geologen befassen sich, als Haupt- oder Nebentätigkeit, mit solchen Anwendungen der Geologie. Obgleich die akademische Betonung auf den rein klassischen Bereich gerichtet war, steht auch hier das letzte Jahrzehnt im Zeichen einer Umorientierung.

Die Ingenieurgeologie zeichnet sich vor allem durch ihre Beschränkung auf die physikalischen Aspekte der Wissenschaften von der Erde aus, nämlich auf die Physikogeologie. Den Kern bildet eine methodische Klassifikation der wesentlichen Erscheinungen, der Grundsätze, der besonderen technischen Einzelheiten und der unberechenbaren Faktoren. Die Ingenieurgeologie, die früher als eine geschickte Mischung aus allgemeiner Geologe und persönlicher Einschätzung betrieben wurde, ist heute eine angewandte Wissenschaft, die großes Gewicht auf das Quantitative und auf solide geophysikalische Grundlagen legt. Die anderen Zweige der angewandten Geologic — Erdöl, Bergbau und Grundwasser — zeichnen sich aus durch ihre Beschränkung auf vorwiegend mineralische Aspekte der Wissenschaften von der Erde und durch den Bedarf an spezifischen I^-Iilfsmitteln.

Die Geologielehrpläne der Zukunft werden für den Studenten in der ersten hälfte seines Studiums (bis zum ersten Diplom, B. Sc., Anm.) vor allem aus Übungen in den grundlegenden Naturwissenschaften, der klassischen Philologie und in Ingenieurwissenschaft bestehen, vervollständigt durch einige straffe geologische Kurse. Im Einklang mit dem erhöhten Maß an naturwissenschaftlichem Unterricht vor dem Eintritt in die Hochschule werden Geologiekurse auf einem höheren Eingangsniveau beginnen; sie werden strenger und umfassender sein. Grundsätze und Ergebnisse aus verschiedenen Kursen, die sich heute noch überschneiden, werden in eine konzentrierte Darstellung der Wissenchaften von der Erde zusammengefaßt werden.

Nach der Graduation gilt eine Ausbildung in ausgewählten Abschnitten der Wissenschaften von der Erde als selbstverständlich für Studenten, die eine Laufbahn innerhalb der Ingenieurgeologie ergreifen wollen. Der Unterschied zwischen der Ausbildung vor der Graduierung und nach derselben wird in einem Wechsel von allgemeinem vorbereitendem Unterricht — für diejenigen, welche ihr Studium nicht fortsetzen — zur Ausbildung auf tatsächlich berufsmäßigem Niveau bestehen. Integrierte „geowissenschaftliche“ Kurse dieser Art werden die umfassende Annäherung verdeutlichen; die Fragestellung nach dem „Warum“ wird die gemeinsamen Bemühungen zweier oder mehrerer Spezialisten der Fakultät erfordern.

Die Geologie wandelt sich von einer vorwiegend der Erforschung von Mineralen gewidmeten Wissenschaft zu einer vielgestaltigen, von vielen anderen Berufen mit Nutzen aufgenommenen Wissenschaft. Die wirtschaftlichen Anzeichen sind auf eine Vermehrung der physikalischen Daten und eine dementsprechende Verringerung der mineralischen gerichtet. So werden viele Gebiete von Erdöl und Bergbau von nun an in die breite Kategorie der Großbauten fallen, z. B. offene Gruben, „secondary recovery“ und nukleare Sprengungen mit Splitterwirkung. Diese Tendenz eröffnet, verbunden mit dem ausgedehnten Bedarf an Physikogeologie in der angewandten Naturwissenschaft und im Ingenieurwesen, der Praxis der Ingenieurgeologie wachsende und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Gebieten, wie: Großbauten aller Art; städtisches Ingenieurwesen, Stadt- und Bezirksplanung; Entwicklung der Wasserwirtschaft; Baustoffindustrie, chemische Industrie; Wasserverschmutzung, Wasserabnahme, Abfallverwertung, öffentliches Gesundheitswesen; Bodenbewertung, Investitionsberatung, juristische Aspekte von Stoffen und geologischen Bedingungen; Ozeanographie und kiistunnahe Gebiete; Ifaumforschung; nukleare Explosionen für industrielle Zwecke; und viele militärische Gebiete.

Die verfeinerten und vielgestaltigen Aufgaben, die sich dem Ingenieurgeologen an bieten, sind faszinierend. Zu der Vielzahl an heute bekannten Problemei werden in Zukunft weitere Probleme hinzukommen, wie z. B. die Entspannung von großen Gesteinsmassen, die aus der geologischen Vergangenheit tektonische Spannungen zurückbehalten haben; Beschreibung von oberflächennahen Magmawanderungen; Vorhersage von Vulkanausbrüchen und Erdbeben; Messung von Spannungs-Beanspruchungs-Zuständen entlang aktiver Störungen; Anwendung von „serial sensoring“ zur Interpretation von geothermalen und Terrainbedingungen; Anwendung nuklearer Explosionen auf industrielle Aufgaben.

Résumé

Evolution de la Géologie de l’Ingenieur aux Etats-Unis. Aux Etats-Unis, l’aspect des Sciences géologiques vient de se modifier en une génération. Aujourd’hui la géologie est largement valorisée par son important apport aux sciences appliquées et aux métiers de l’ingénieur. Près de 85% des géologues sont quelque peu concernés, à plein temps ou partiellement, par ces applications de la géologie. Comme l’essentiel de l’enseignement avait gardé une orientation purement classique, un changement d’orientation est imminent dans les dix années à venir.

La géologie de l’ingenieur se caractérise par l’intérêt prédominant qu’elle porte aux aspects physiques des Sciences de la Terre. Le noyau de cette géologie physique est un groupement ordonné de phénomènes significatifs, de principes, de constantes et de techniques exclusives. Pratiquée autrefois comme un mélange expérimental de géologie générale et de jugement, la géologie de l’ingénieur est aujourd’hui une science appliquée particulièrement axée sur la mesurable et sur la physique du solide.

Les autres branches de la géologie appliquée — pétrole, mines, eau souterraine — se caractérisent par l’intérêt qu’elles portent aux aspects purements minéraux des sciences de la terre et elles exigent des moyens particuliers.

Les programmes d’études géologiques pré-universitaires de demain comporteront surtout une préparation dans les sciences fondamentales, l’enseignement général, et les sciences de l’ingénieur, associée à quelques cours de géologie très spécialisés. Grâce à cette amélioration des études scientifiques pré-universitaires, l’enseignement de la géologie pourra commencer à un niveau plus élevé et leur contenu sera plus rigoreux et plus sélectif. Les principes actuellement dispersés dans plusieurs cours qui se chevauchent seront rassemblés dans une vaste introduction aux sciences de la terre.

La formation universitaire dans des secteurs choisis des sciences de la terre est considérée comme souhaitable pour les étudiants qui se destinent à la géologie de l’ingénieur. L’entrée à l’université marquera le passage d’une formation préparatoire générale — pour les élèves qui ne continuent pas leurs études — à une véritable formation professionelle. Ces cours unifiés sur les sciences de la terre insisteront sur l’étude des conditions du milieu et sur le pourquoi des phénomènes. Ils nécessiteront les efforts réunis de deux professeurs spécialisés ou davantage.

La géologie qui était surtout la science permettant l’exploration des ressources minérales est en train de se diversifier et d’intéresser de nombreux métiers. La tendance économique demande davantage de données physiques, et comparativement moins de données sur les minerais. Ainsi beaucoup d’activités pétrolières et minières, se rattacheront au domaine de la construction lourde: exploitation à ciel ouvert, récupération secondaire, utilisation d’explosions nucléaires. Cette évolution et les besoins accrus de géologie physique dans la science appliquée et la construction apportent une diversification grandissante à la géologie de l’ingénieur dans les domaines suivants: constructions lourdes quel qu’en soit le genre; travaux publics y compris l’aménagement urbain ou régional; mise en valeur des ressources hydrauliques; matériaux de construction et matières premières pour l’industrie chimique; polution des rivières et contrôle de leur débit; évacuation des déchets et hygiène publique; valorisation des terres, conseils financiers, problèmes juridiques posés par les matières premières et les conditions géologiques; océanographie et correction des rivages; utilisation industrielle des explosions nucléaires; et plusieurs aspects de la défense nationale.

Les problèmes complexes et variés que rencontrera l’ingénieur-géologue sont passionnants. Outre les nombreux problèmes déjà bien connus, il faudra s’occuper des problèmes suivants: décompression des massifs rocheux affectés de contraintes géologiques résiduelles; tracé des déplacements du magma sous la surface du globe, prédiction des éruptions volcaniques et des tremblements de terre; mesure des contraintes et des déformations le long des failles actives; prospection aérienne géothermique et géophysique; adaptation à l’industrie des explosions nucléaires.