geohazards in transportation in the appalachian region

32 Pages·2011·0.37 MB·English

11th Annual Technical Forum 

GEOHAZARDS IN TRANSPORTATION IN THE 
APPALACHIAN REGION 

August 2‐4, 2011
Chattanooga, TN

Hosted by: 

Tennessee Department of  
Transportation

Sponsored by: 

CENTER FOR ENVIRONMENTAL, GEOTECHNICAL, AND APPLIED SCIENCES 

Appalachian Coalition

Chair: Dr. Tony Szwilski, P.E.
Co-Chair: Kirk Beach
11th Annual Technical Forum 
GEOHAZARDS IN TRANSPORTATION IN THE APPALACHIAN REGION 
DoubleTree Hotel, Chattanooga, TN, August 2‐4 2011 

TECHNICAL PROGRAM 

DAY 1: August 2, 2011 

FIELD TRIP (8:00 a.m. to 5:00 p.m.) 

5:00 – 7:00 p.m.    Exhibitor Set Up
7:00 – 9:00 p.m.     Reception and Registration

DAY 2: August 3, 2011 

7:00 a.m.  Registration
8:00 a.m.  Welcome: Tony Szwilski  (CEGAS)

Opening Session: Rockfalls and Rock Reinforcement 
Chair: Vanessa Bateman (USACE Nashville) 

1) Recent Developments in Rockfall Barrier Applications and Testing ‐ Pete Ingraham, Golder. 

2) SPIDER Rock Protection System ‐ Joseph Bigger, Geobrugg . 

3) Response to Rock Slope Failure at Ocoee#2 diversion Flume ‐ Lindsay Cooper 

4) Repair of the SR 115 (US 129, Tail of the Dragon) Rockslide, near Maryville, Tennessee ‐ David 
Barker, TDOT. 

10:00 a.m.  BREAK 

10:30 a.m. Concurrent Sessions 

Session 2: Mines and AMD Issues‐Part 1.  
Chair: Kirk Beach (ODOT) 

1) Hazardous Highwalls‐ Ground Control for Surface Mines ‐ Patrick E. Gallagher, P.E., CPGS, 
President of CTL Engineering of WV, Inc. 

2) Mine Subsidence Engineering: An Overview ‐ Gennaro G. Marino, Ph.D., P.E. of Marino 
Engineering Associates, Inc.  

1
3) Engineering Geophysical Applications to Mine Subsidence Risk Assessment ‐ Kanaan Hanna, 
Steve Hodges and Jim Pfeiffer of Zapata Incorporated, Blackhawk Division and Keith Heasley of 
West Virginia University.  

Session 3: Geohazards and Infrastructure 
Chair: Len Oliver (TDOT) 

1) Mitigation of Shallow Plane Slope Failures and Severe Erosion of Slopes Using Geosynthetic 
System Technology ‐ Melanie Furman, P.E., and Michael F. Clements of Huesker. 

2) An Innovative Approach to Characterizing, Permitting, and Constructing Landfills in Karst 
Geologic Settings ‐ Robert Bachus, Geosyntec 

3) Railroads vs. Earthquakes ‐ John R. Tomlin, P.E., Engineer ‐ Geotechnical Services, Norfolk 
Southern Railway Company. 

4) Heartland Corridor Clearance Improvement Project ‐ Norfolk Southern Railway Company, 
Walton, Virginia to Columbus, Ohio – Randy Zeiger, AMEC 

12:30 p.m. LUNCH: Speakers ‐ Chester Sutherland; Wes Hughen 

1:45 p.m. Concurrent Sessions 

Session 4: Flood Inundation Prediction 
Chair: Hugh Bevans (USGS)   

1) Using Geographic Information System Methods to Map and Predict Flood Inundation in 
Tennessee ‐ David E. Ladd, Hydrologist, USGS Tennessee Water Science Center, Nashville, 
Tennessee. 

2) Inundation Information on the Internet‐‐Flood Forecasting Everybody Can Use ‐ S.G. (Jerry) 
Gilbert, P.E., DEE., CFM and John D. Rains, Engineering Perfection, PLLC, South Charleston, West 
Virginia.  

3) A Partnered Flood Inundation Mapping Initiative ‐ Scott E. Morlock, Deputy Director, USGS 
Indiana Water Science Center, Indianapolis, Indiana. 

4) Forecast‐Flood Inundation Maps Using Two‐Dimensional Hydraulic Modeling: A Pilot Study for 
the Snoqualmie River, Washington ‐ Joseph L. Jones, Hydrologist, USGS Washington Water 
Science Center, Tacoma, Washington. 

2
Session 5: Karst Issues 
Chair: John Tomlin (NS) 

1) Geotechnical Roadway Design for Karst Environments ‐ Walter G. Kutschke, PhD, PE, 
URS Corporation, Pittsburgh, PA. 

2) Case Histories of Sinkhole Remediation Using Cap and Compaction Grouting ‐ Michael 
Bivens, P.E., Rembco Geotechnical Contractors, Inc., Knoxville, TN. 

3) Karst Geohazards Along Highways In East Tennessee, Identification and Mitigation ‐ 
Harry Moore, Golder Associates, Atlanta, GA. 

4) Geo‐Design Applications In Karst Environments ‐ William D. Spencer, P.G., Jaye Richardson, 
and Christopher Ramsey, PE, AMEC Earth & Environmental, Nashville, TN.  

Session 6: Mines and AMD Issues‐Part 2.  
Chair: Kirk Beach (ODOT) 

1) Pandora’s Box: The Skytop Section of Route I‐99, Centre County, Pennsylania ‐ David (Duff) P. 
Gold, P.G., Department of Geosciences, The Pennsylvania State University, Arnold G. Doden, 
P.G. of Geologic Mapping and Resource Evaluation, Inc., and Lawrence A. Beck, P.E.  

2) IHI Underground Coal Mine Fire Mitigation: Geophysical Geotechnical Evaluation / Excavation 
and Quenching Project ‐ Kanaan Hanna, Steve Hodges, and Jim Pfeiffer of Zapata Incorporated, 
Blackhawk Division, Golden, CO and Adolph Amundson, Tara Tafi and Steve Renner of the 
Colorado Division of Reclamation, Mining and Safety, Denver, CO.  

3) Conceptual Alternative Study for the Remediation of Existing Gypsum Mines under SR‐2  ‐ 
Andrew Wolpert, P.E. of CH2M HILL, Lynn Yuhr  P.G. of Technos, Inc., Pat Gallagher, P.E., P.S., 
CPGS of CTL Engineering of WV, Inc. and Warren Whittaker of Workhorse Technologies, LLC.  

3:45 p.m. BREAK 

4:15 p.m. Concurrent Sessions 

Session 7: Instrumentation and Monitoring 
Chair: Steve Brewster (USACE Huntington)  

1) Instrumentation of the I‐40 Slide near Rockwood, Tennessee ‐  Lori McDowell, TNDOT. 

2) Monitoring of Geohazards Impacting Highway Projects using TDR ‐ Dr. Kevin O'Connor. 

3
3) Soo Locks Construction Instrumentation ‐ Ronald J. (Jeff) Rakes U. S. Army Corps of Engineers, 
Huntington District. 

4) Instrumentation as a Construction Monitoring Tool and the use of Controlled Response 
Communications ‐ William (Bill) Walker, and Michael Zoccola, U. S. Army Corps of Engineers, 
Nashville District. 

Session 8: Geotech Structures 
Chair: Wael Zatar (MU) 

1) CSXT Emergency Response for Flood Repairs ‐ Christopher Ramsey, AMEC Earth & 
Environmental. 

2) Wolf Creek Dam Foundation Remediation: An Update on Construction Progress and Associated 
Lessons Learned ‐ Joshua Bomar, U. S. Army Corps of Engineers, Nashville District. 

3) Navigation Lock Foundation Design in Complex Karst Geology at Chickamauga Dam ‐ Mark Elson, 
Juan Payne, and Dewayne Ponds, US Army Corps of Engineers. 

4) Influence of Weak Pennsylvanian System Shales in OH and KY on Transportation Projects ‐ Rich 
Williams, Stantec. 

6:15 p.m. Adjourn 

DAY 3: August 4, 2011 

7:30 a.m. Registration 

8:00 a.m. Concurrent Sessions 

Session 9: Failures and Forensic Geology  
Chair: Brian Bruckno (VDOT) 

1) Defining a Role for Geology and Forensic Geology in Site Characterization for LRFD ‐ Robert C. 
Bachus, Ph.D., P.E., Geosyntec Consultants, Kennesaw, GA, Naresh Samtani, Ph.D., P.E., NCS 
Consultants, Tucson, AZ 

2) Do’s and Don’ts for Geotechnical Investigations in Appalachian Karst ‐ Joseph A. Fischer, P.E., 
PhD, President Geoscience Services. 

4
3) Digital Photos and 3D Models for Documentation and Visualization of Failed Slopes ‐ Jeffrey R. 
Keaton, MACTEC Engineering and Consulting, Inc., Los Angeles, CA, John C. Mason, MACTEC 
Engineering and Consulting, Inc., Knoxville, TN, Carl D. Tockstein, MACTEC Engineering and 
Consulting, Inc., Knoxville, TN and Stanley L. Hite, MACTEC Engineering and Consulting, Inc., 
Richmond, VA. 

4) A Rock Stress Release Failure and Quarry Flooding Attributed to the May 2010 Nashville Flood ‐ 
John D. Godfrey, Jr., P.E. (Presenter), K.S. Ware & Associates, LLC, Gregory W. Brubaker, P.E, K.S. 
Ware & Associates, LLC 

Session 10: Information Technology and Data Delivery 
Chair: Matt Crawford 

1) Displaying Joint Data via the Kentucky Geological Survey’s Online Map Service ‐ Steven L. Martin, 
Kentucky Geological Survey, Lexington, KY. 

2) Analysis of the Geologic Context of Maintenance Costs for Rockfalls, Landslides, and Sinkholes in 
Kentucky: Phase II ‐ Overfield, B.L., Weisenfluh, G.A., Carey, D. I., and Wang, Rebecca. Kentucky 
Geological Survey, University of Kentucky, Lexington, Ky.  

3) Tennessee's Geohazard Management Program:  Moving from Disaster Recovery towards Asset 
Management – Vanessa Bateman, U. S. Army Corps of Engineers, Nashville District. 

4) Using Geographic Information System Techniques to Identify and Delineate Karst Features in 
Tennessee ‐ David E. Ladd, Hydrologist, USGS Tennessee Water Science Center, Nashville, 
Tennessee. 

10:00 a.m.  BREAK 

10:30 a.m. Session 11: Landslides 

Chair: Ben Rivers (FHWA) 

1) Mapping Landslide Hazards Using Lessons from Earthquake Insurance ‐ Jeffrey R. Keaton, 
MACTEC Engineering and Consulting, Los Angeles, CA, and Richard J. Roth, Jr., Consulting 
Actuary, Huntington Beach, CA. 

2) Stabilization of a Large Wedge Failure Utilizing a Passive Anchor System, Interstate 40, North 
Carolina, Pigeon River Gorge ‐ Jody C. Kuhne, North Carolina Department of Transportation, 
Asheville, NC. 

3) Slope Failure and Underlying Geologic/Manmade Causes ‐ Joseph D. Carte and George A. 
Chappell Sr., West Virginia Division of Highways, Charleston, WV. 
5
4) Coupled Use of Instrumentation and Geologic History to Assess Movement, Performance, and 
Stabilization of Large Landslide in Western Pennsylvania ‐ Robert C. Bachus, Jill Simons, and 
Leslie Griffin, Geosyntec Consultants, Kennesaw, GA. 

12:30 p.m. Closing Remarks and Adjourn 

6
GEOHAZARDS IN TRANSPORTATION IN THE APPALACHIAN REGION 

ABSTRACTS 

DAY 1 

Opening Session: Rocks and Rock Reinforcement       
Chair: Vanessa Bateman (USACE Nashville) 

Recent Developments in Rockfall Barrier Applications and Testing  
Pete Ingraham, Golder  

ABSTRACT: Rockfall barriers have been in use by transportation departments for over 25 years in 
the US.  Barrier technology has improved over time to include a broad range of materials to catch 
and arrest falling rocks, and to be used for rockfall drape systems to control rockfall trajectory.  
Pinned drape systems, commonly used in Europe are gaining favor in some states where roadways 
are narrow and do not have shoulders.  Hybrid systems combining barrier and drape systems to 
control rockfalls and attenuate rockfall energy have been developed in the US and are now gaining 
popularity in Europe.  Testing procedures for barriers has been established for EU countries and is 
being developed for north American application under AASHTO.  The current state of practice in 
North America and Europe is reviewed for these systems together with testing methods and 
upcoming developments from NCHRP and TRB regarding applications and testing.    

SPIDER Rock Protection System  
Joseph Bigger, Geobrugg  

ABSTRACT: Stabilizing rock formations or blocks has been a combination of engineering and art 
and common techniques include rock bolts with or without cable lashing and/or nets. The recent 
development of SPIDER Nets lead to the SPIDER Rock Protection System for stabilizing rock 
formations. Further, the Ruvolum Rock Dimensioning program was changed for the SPIDER System 
and it is now a tool for engineers and designers to use.  The program is used on‐line and it allows 
the user to analyze sliding and toppling mechanisms. The program is based on Mohr‐Coulomb 
Equilibrium theory and it establishes the relationship between driving and stabilizing forces. The 
program allows the user to input various site conditions, select anchor spacing and size and the 
result is an optimized arrangement for the given conditions. As part of the program development, 
the concept was modeled and tested under laboratory conditions. Field evaluation was completed 
in 2009 to further verify the program. The program has been successfully used for applications in 
place in Europe and Asia. 

7
Response to Rock Slope Failure at Ocoee No. 2 Diversion Flume 
Lindsay Cooper, Staff Geologist, ARCADIS US, Inc., lcooper@arcadis‐us.com 

ABSTRACT: The Ocoee rockslide occurred along the Ocoee No. 2 Flume in late April 2010 
destroying approximately 70 feet of flume and damaging additional sections upstream and 
downstream. An emergency assessment of the rockslide area immediately following the event 
evaluated safety and stability of the site for river recreational visitors and flume reconstruction 
personnel. 

Three primary hazards at the site included partially detached and overhanging rocks along the 
surface of the upper slope; a potentially unsettled debris pile; and possible loose rock along the 
slope below the flume. In response, a rock stabilization program was developed for the upper 
slope to minimize risk of additional falling rock during implementation of repairs, and a buffer 
zone was established at the base of the slope to prohibit public access. 

The rock stabilization of the upper slope consisted of clearing trees, scaling loose rock, and 
installing rock bolts. Scaling the slope removed loose and unsupported rock slabs within the 
capacity of the scaling equipment. Rock bolts were planned to secure any remaining unstable rock 
slabs.  

Drilling for the initial rock bolts revealed a system of interconnected voids that warranted 
additional investigation. An exploratory program was conducted to further evaluate the 
subsurface conditions. The exploratory investigation provided evidence of potential failure planes 
deeper within the rock mass. As a result, a more comprehensive rock stabilization approach was 
developed including additional rock bolts and phased excavation of the debris pile. The objective 
of the modified design was to stabilize the rock mass across the deeper‐seated discontinuities 
while taking into consideration the potential stability the debris pile offered to the upper slope. 

The completion of debris removal and flume demolition exposed the foundation of the flume. 
Fractured and loose rocks were visible all along the outer edge of the lower slope, which serve as 
the flume foundation. An exploratory investigation was conducted to obtain additional 
information regarding the subsurface conditions of the foundation. The results of the investigation 
revealed further evidence of the uncertain stability of the foundation. The scope of work was 
expanded to include rock stabilization of the lower bluff to reinforce the rock foundation of the 
flume. 

The rock stabilization program was performed to mitigate the unstable conditions that resulted 
from the rockslide along the Ocoee No. 2 Flume. A combination of scaling and rock bolting was 
performed to facilitate safe flume repair, enhance the stability of the upper slope, and reinforce 
the flume foundation. The installation of post‐tensioned rock bolts places the rock mass under 
compression and reduces the potential for a future slide in the area that is bolted. 

8
Repair of the SR 115 (US 129, Tail of the Dragon) Rockslide, near Maryville, Tennessee  
David Barker, TDOT 

ABSTRACT: In March of 2010, a significant rockslide event blocked SR 115 (US 129) along the 
northeastern shore of Chilhowee Reservoir, near the southern terminus of the Foothills Parkway 
in Blount County.  Fortunately, no one was injured as a result of the slide, and TDOT Maintenance 
forces cleared one lane of traffic of debris within 24 hours.  However, an inspection of the slope 
revealed that unstable material remained on the slope, and the geotechnical office recommended 
the complete closure of the road.  Although there was no choice but to close this section of road, 
the decision resulted in economic hardships for several businesses that serve the motorcyclists 
who travel to this area to ride “The Dragon”, a section of US 129 that boasts 318 curves in 11 
miles.  For this and other reasons, the Department placed a high priority on reopening this route 
in a timely manner.  This presentation discusses the challenges that accompany the assessment, 
design, and implementation of complex slide repair on an accelerated time schedule. 

Session 2: Mines and AMD Issues‐Part 1.                                                                     
Chair: Kirk Beach (ODOT) 

Hazardous Highwalls‐ Ground Control for Surface Mines 
Patrick E. Gallagher, P.E., CPGS, President of CTL Engineering of WV, Inc., 733 Fairmont Rd., 
Morgantown ,WV , 26501  

ABSTRACT: On April 17, 2007 a fatal mining accident at a surface mine in Barton Maryland, 
prompted the Mine Safety and Health Administration to begin an investigation into ground 
control plans where mine voids are present in a surface mine highwalls. It was determined that 
ground control plans for surface mines needed to address the stability of exposed highwalls. 
MSHA required that a mine highwall be designed to a minimum Factor of Safety of 1.5 against 
total collapse. We completed research and developed a stability model whereby the highwall 
could be analyzed using a sliding block analysis. This presentation explores all of the conditions 
that affect highwall stability and how these conditions interact with the stability model. We used 
the pre‐failed highwall condition at the Barton Maryland mine to establish a baseline for the 
sliding block analysis and the pertinent input parameters to evaluate a given highwall. We further 
developed benching and scaling recommendations to enhance the stability factor. Parameters 
such as internal angle of friction, fracture orientation, mine subsidence impacts, unit weights and 
other parameters were researched and defined for the model. Many conditions such as fracture 
spacing, strike and dip, bench spacing, highwall slope and geologic structure are some conditions 
we use in the final design of a highwall. 

9