geohazards in transportation in the appalachian region

32
11 th Annual Technical Forum GEOHAZARDS IN TRANSPORTATION IN THE APPALACHIAN REGION August 24, 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

Upload: others

Post on 12-Feb-2022

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

11th Annual Technical Forum   

GEOHAZARDS IN TRANSPORTATION IN THE 

APPALACHIAN REGION  

August 2‐4, 2011Chattanooga, 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 Up7:00 – 9:00 p.m.     Reception and Registration DAY 2: August 3, 2011  7:00 a.m.  Registration8:00 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.  

 

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.  

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) 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. 

 

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. 

 

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                                      

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. 

 

 

 

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. 

 

 

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. 

 

 

 

 

 

10 

Mine Subsidence Engineering: An Overview 

Gennaro G. Marino, Ph.D., P.E. of Marino Engineering Associates, Inc, Urbana,IL 61801, 

[email protected] 

 

ABSTRACT: Mine subsidence engineering is a fairly multi‐discipline field in engineering. 

 Depending upon the application it can involve geophysics, mine stability design and analysis, 

prediction of mine subsidence manifestations, subsidence‐structure interaction, subsidence 

resistant design, and design of pre‐ and post‐subsidence mitigation and repair measures to various 

types of structures, and mine stabilization design.  Therefore, the most cost effective solution 

involves an understanding of several aspects of the subsidence engineering.  The talk will touch on 

all aspects of subsidence engineering providing case history examples for illustration and will be 

presented assuming the audience has limited experience in subsidence. 

 

 

Engineering Geophysical Applications to Mine Subsidence Risk Assessment  

Kanaan Hanna, Steve Hodges, and Jim Pfeiffer of Zapata Incorporated, Blackhawk Division, 301 Commercial Road, Suite B, Golden, CO 80401, (303) 278‐8700, [email protected]  

 

 Keith Heasley of West Virginia University, 359H Mineral Resource Building, Morgantown, WV 

26506, (304) 293‐3842, [email protected]  

 

ABSTRACT: Abandoned mines pose a serious threat to public health and safety, and the 

environment.  Significant hazards to miners are created when active workings approach old mine 

workings.  Additionally, the presence of mined‐out areas or voids underlying 

residential/commercial properties, transportation and infrastructure systems can cause 

subsidence issues ranging from differential settlements and sinkholes, to catastrophic collapse.  All 

these features can result in adverse impacts in terms of cost and public safety.  Traditionally, mine 

void detection and related engineering investigations for mine subsidence risk assessment and 

mitigation have been greatly dependent on systematic drilling and grouting backfill programs.  The 

unknown location and condition of abandoned underground mines represent significant 

challenges to geologists and engineers in accurately evaluating subsidence hazards and developing 

appropriate mitigation measures. 

 

A comprehensive multi‐phase mine subsidence investigation was conducted at an abandoned 

mine site in the western U.S.A.  The mine operated in an approximately 8‐ft thick coal seam using 

room‐and‐pillar extraction in the period from 1919‐1922.  The mine lies at depths ranging from 50 

to 100 feet (ft), and is overlain by critical pipeline and utility corridors.  Any future 

subsidence/sinkhole occurring beneath or adjacent to the corridors could pose a significant threat 

specifically to the structural integrity of the pipeline corridor.  Therefore, the engineering 

geophysical investigation was initiated to determine the potential subsidence risk. 

 

This paper describes a recent success achieved by using integrated engineering geophysics in 

subsidence risk evaluation.  A summary of significant results with emphasis on subsurface 

11 

characterization, mine workings and voids delineation, modeling analysis, and high risk zones 

identification and mitigation strategy is presented. 

 

Session 3: Geohazards and Infrastructure                                                                    

 Chair: Len Oliver (TDOT) 

 

Mitigation of Shallow Plane Slope Failures and Severe Erosion of Slopes Using Geosynthetic 

System Technology 

Melanie Fuhrman, P.E. , Technical Engineering and Marketing Manager, Huesker, Inc., 11701‐W 

South Commerce Blvd., Charlotte, NC 28273, (540) 761‐9123, [email protected] 

 

Michael F. Clements, Huesker, Inc., 11701‐W South Commerce Blvd., Charlotte, NC 28273, (770) 

331‐0980, [email protected] 

 

ABSTRACT:  The presentation will address the various modes of shallow plane slope failure and 

severe erosion remediation in slopes, channels and drainage ditches where internal reinforcement 

is not feasible due to right of way restrictions, construction equipment access, existing structures 

or other interferences.  Such problem areas cannot be repaired or have been repaired 

unsuccessfully using traditional methods such as toe walls, Rip rap and standard turf 

reinforcement mats.  The presentation will focus on the use of an innovative geosynthetic system 

combining very high tensile strength, low elongation geosynthetics and soil anchoring and 

drainage systems, which have proven more economical and less prone to failure reoccurrence 

than traditional methods.  This system can be utilized without disrupting transportation 

infrastructure (Including road closures and utility relocation) and facilitates the rapid growth of 

vegetation into the underlying soil, which alleviates further damage from soil erosion.  Case 

studies will be featured from recent projects that have proven successful in use of this system.   

 

An Innovative Approach to Characterizing, Permitting, and Constructing Landfills in Karst 

Geologic Settings 

Robert Bachus, Geosyntec 

 

The challenges presented by geohazards are not exclusive to the transportation community.  

These features also play a significant role in the permitting of environmental facilities, particularly 

those situated in karst geologic settings.  With regards to municipal solid waste landfills, regulators 

have a significant responsibility to protect the environment and must make decisions regarding 

the siting and permitting of these facilities.  While these decisions are based on their objective 

assessment of site‐specific characterization information, their decisions are often scrutinized by 

the public and by the owner/permitte entities that often (and usually) have contrasting 

interpretation of the same site characterization information.  The Florida Department of 

Environmental Protection (FDEP) has initiated an innovative approach to help the agency in the 

decision‐making process by convening a Technical Advisory Group (TAG), comprised of several 

agency‐ and industry‐recognized experts who are experienced in the investigation, 

characterization, permitting, and construction of engineered facilities in karst settings.  Through a 

12 

process involving the compilation and assessment of various site‐specific factors, the TAG is 

working with FDEP personnel to develop specific and objective guidelines that can be used by 

owners, permitees, consultants, and the agency in developing investigation, characterization, 

design, and construction strategies.  The activities of FDEP and it TAG are actively reviewed by the 

public, who have been requested by FDEP to participate in the process of developing these 

guidelines.  The objectives for making this presentation at a transportation conference are 

twofold:  

1. The approach being taken by FDEP and the TAG focus on technical issues regarding the 

investigation, characterization, design, and construction of engineered facilities in karst 

geologic settings.  The authors recognize that these technical issues impact all engineered 

facilities, not just those constructed for environmental applications.  Therefore, the 

approach developed by FDEP may benefit other agencies, owners, and consultants. 

2. The participants at this conference may have specific experiences and recommendations 

that will ultimately be beneficial to FDEP and the TAG.  In this presentation, the authors will 

actively engage the participants and will request input based of their experience and 

expertise.   

 

Railroads vs. Earthquakes 

John R. Tomlin, P.E., Engineer ‐ Geotechnical Services, Norfolk Southern Railway Company, 1200 Peachtree St. NE Box 7‐142, Atlanta, GA 30309, (404) 529‐1306, [email protected] 

 

ABSTRACT: Several large earthquakes near major urban areas have increased public awareness of 

the risks of seismic activity.  Public entities and private corporations need to know their risk 

exposure and have appropriately measured policies, plans, and procedures developed to cope 

with seismic events.   

 

This talk discusses the risks specifically to railroad personnel, traffic, and structures and looks at 

one Class 1 railway company’s plan for earthquake response. 

 

Heartland Corridor Clearance Improvement Project ‐ Norfolk Southern Railway Company, 

Walton, Virginia to Columbus, Ohio  

Randy Zeiger, AMEC 

 The project consists of a $150M tunnel enlargement program along Norfolk Southern’s heavy‐tonnage mainline track through the Appalachian Mountains, primarily in West Virginia. The route extends from the east coast to the mid‐western United States. Through the mountains, it includes 28 tunnels ranging in length from 174 feet to 3,302 feet with a total combined length of 5.9 miles. Most of the tunnels include two parallel tracks. The goal is to achieve increased vertical clearance for double‐stack containers through each tunnel. This will reduce the current train routing distance by about 200 miles or one day travel time. The project is considered the largest single freight railroad project ever in the eastern U.S.   The IPP (investigative probing program) was the initial activity at each tunnel and consisted of drilling, logging, and camera inspection of vertically upward cored boreholes and numerous open probe holes. The data were used to identify the 

13 

appropriate method of tunnel modification, i.e. liner notching or total liner removal, and the initial ground support requirements.  Construction began in October 2007 and was completed by the end of 2010. The work was performed during 10‐hour curfews or shifts scheduled around critical freight movements. Normal rail traffic was resumed after each work shift. 

 

Session 4: Flood Inundation Prediction                                                                     

Chair: Hugh Bevans (USGS) 

 

Using Geographic Information System Methods to Map and Predict Flood Inundation in 

Tennessee 

David E. Ladd, Hydrologist, USGS Tennessee Water Science Center, 640 Grassmere Park, Suite 100, 

Nashville, TN 37211, (615) 837‐4700, [email protected] 

 

ABSTRACT:The May 2010 and 2011 floods in Tennessee revealed a critical need to provide the 

public with accurate and timely information that might help prevent loss of life and property. 

During or before a flood, maps and Geographic Information System (GIS) products depicting flood 

elevation, depth, and aerial extent can provide emergency responders and property owners with 

critical information to aid in rescue efforts, determine escape routes, and assess damage. An 

analysis of recent and historical flood data can improve our understanding of what flood profiles 

and inundated areas might look like during future floods. GIS methods and flood‐profile data can 

be used to produce flood‐inundation surfaces depicting current and future flood events. The U.S. 

Geological Survey (USGS) is developing a system for extrapolating flood depth and extent, based 

on current or projected flood stage, and for publishing maps of inundation surfaces in a format 

that is readily accessible to community planners, emergency responders, and the general public. 

 

Inundation Information on the Internet‐‐Flood Forecasting Everybody Can Use  

S.G. (Jerry) Gilbert, P.E., DEE., CFM and John D. Rains of Engineering Perfection, PLLC, 781 Echo 

Road,,South Charleston, WV  25303, 304‐545‐3033, [email protected] 

 

ABSTRACT: MyFloodAlert is a web based display of flood information.  The objective of this web 

site is to present current flood conditions and near‐term forecasts in the form most informative to 

the user.  Through improved communication of specific flood effects, the loss of lives and property 

will diminish. 

 

There are a large number of disparate data sources related to flooding phenomenon that 

MyFloodAlert merges and presents in map form.  Examples of the data include US Geological 

Survey stream gage readings, National Weather Service stream forecasts, Digital Elevation Model 

files, and Federal Emergency Management Agency stream profiles. 

 

The results are presented as color coded areas overlaying Google Map images.  The color codes 

indicate the estimated depth of inundation for the ground surface beneath.  The web based 

display permits the user to pan and zoom to areas of his specific interest, and examine current and 

forecast impacts.  The display also indicates inundation depths for hypothetical events. 

14 

MyFloodAlert is now being deployed for 45 gage locations in West Virginia, through a cooperative 

effort of the National Weather Service Charleston WV office, Marshall University, and Engineering 

Perfection.   Potential transportation‐specific uses of the sites include allowing state highway 

departments to close sections of roads prior to flood inundation and redirect traffic, and railroads 

to move stored rolling stock and reschedule trains. 

 

A Partnered Flood Inundation Mapping Initiative 

Scott E. Morlock, Deputy Director, USGS Indiana Water Science Center, 5957 Lakeside Boulevard, 

Indianapolis, IN 46278, 317‐290‐3333 ext. 153, [email protected] 

 

ABSTRACT: Flood inundation maps that are tied to U. S. Geological Survey (USGS) real‐time 

streamgage data and National Weather Service (NWS) flood forecast sites enable officials to make 

timely operational and public safety decisions during floods. A Food Inundation Mapping Initiative 

(FIMI) has been begun to provide a base for partnering with other agencies to meet multiple 

missions through programs such as Integrated Water Resources Science and Services (IWRSS), 

National Weather Service (NWS) flood forecasting programs, the Federal Emergency Management 

Agency (FEMA) HAZUS‐MH and RiskMap programs, U.S. Army Corps of Engineers (USACE) 

modeling and operations programs, and individual state Silver Jackets hazard mitigation 

taskforces. 

Elements of FIMI include:   

1. A Web portal that maintains a uniform user interface to inundation products for USGS 

stakeholders and a single entry point for all USGS flood products;   

2. Development of  minimal technical standards and guidelines for inundation mapping 

products to maintain a common appearance and functionality for those products; major 

elements of the guidelines will prescribe flood‐map file format, appearance, and metadata 

standards; 

3. Multiple pilot projects to produce a series of flood inundation map libraries at collocated 

USGS streamgages and NWS for various regions of the United States;  

4. Development of state‐of‐the art dynamic, real‐time flood inundation applications to meet a 

host of partner and cooperator needs, from flood response and mitigation to dam‐ and 

levee‐breach simulations; and,   

5. Development of a core of USGS and partner agencies to focus on the production of flood 

inundation tools that fulfill multiple agency missions and thus provide the most benefit to 

the Nation’s communities and citizens at risk from floods. Move forward with a large‐scale, 

nationally partnered initiative for flood inundation mapping that brings together the USGS, 

NWS, USACE, FEMA, state and local agencies, universities, and the private sector. 

 

 

 

15 

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, 934 Broadway 

Tacoma, WA 98402, 253‐552‐1684, [email protected] 

 

ABSTRACT: Existing flood forecasts typically refer to a peak elevation at a particular time and 

location on a stream; however the significance of that elevation figure may have little meaning to 

many people. Maps depicting flood arrival times and depths would allow for better staging of 

emergency equipment, more effective evacuation notices, and quicker damage estimates (needed 

for disaster declarations). To make such maps, a system of hydraulic modeling, geographic 

information system (GIS) processing, and Internet map serving was developed that generates 

inundation maps for forecast floods in near real time and makes them available through the 

Internet. Forecast flood hydrographs generated by the National Weather Service (NWS) days in 

advance are used as input to a hydraulic model whose output is then processed by a GIS to 

generate maps of flood arrival time, extent, peak depth, and time of crest for the forecast. Web 

mapping applications (WMA) software allows the viewer great control over viewing location, 

scale, and reference information such as aerial photography. This automated combination of NWS 

forecasts, hydraulic modeling, and GIS & WMA software, should allow the methodology to be 

easily applied to most river basins where NWS forecasts are routinely provided.  

 

 

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

 

Geotechnical Roadway Design for Karst Environments  

Walter G. Kutschke, PhD, PE, Chief Geotechnical Engineer, URS Corporation, Foster Plaza 4, 501 

Holiday Drive, Suite 300, Pittsburgh, PA 15220, [email protected] 

 

ABSTRACT: Geotechnical engineering efforts for karst environments are closely related to 

geological and hydrogeological findings from site characterization.  The observed bedrock relief 

pattern in the Appalachian region results from a complex interaction of the primary sedimentary 

inhomogeneity, Paleozoic and Mesozoic tectonic fracturing, and millions of years of weathering by 

dissolution under varying climatic conditions.  The inexorable karstic erosion processes produce an 

irregular bedrock surface with a variable epikarst zone that consists of a network of fractures, 

joints, faults, and bedding planes.  The epikarst zone within the Appalachian region can extend to 

depths of 50 or more feet.  Solution features within the epikarst that permit the movement of 

water and sediment erode the subsurface resulting in cover‐subsidence and cover collapse type 

sinkholes.  Examination of case histories situated within the Applachian region indicates that 

sinkhole occurrence rates can exceed eight sinkholes per year along active roadways.  Without an 

understanding of the process driven sinkhole hazards, roadway and associated design activities 

will continue to exacerbate sinkhole development.  

 

Reviews of case histories indicate that the success of roadway projects traversing karst 

environments requires an understanding of the surface and subsurface water conditions.  

16 

Engineers all too often tackle karst with various forms of grout programs and neglect to consider 

its effect on subsurface water.  As with any other technology, the use of grout has its advantages 

and disadvantages.  Karst roadway design features which minimize alterations to surface and 

subsurface drainage while prohibiting the movement of soil often have a greater success rate for 

roadway design.  Natural or engineered filters can minimize potential roadway contaminates from 

entering groundwater as well as minimize the impact to hibernacula for caving dwelling species.  

Case histories from throughout the Appalachian region examine the success and failure of using 

design features that incorporate geosynthetics lined drainage features, inverse‐graded aggregates, 

grout programs, as well as deep foundation elements. 

 

Case Histories of Sinkhole Remediation Using Cap and Compaction Grouting  

Michael Bivens, P.E., Rembco Geotechnical Contractors, Inc., P.O. Box 23009, Knoxville, TN, 37933, 

(865) 671‐2925, [email protected] 

 

ABSTRACT: Cap and Compaction Grouting has emerged as a leading technique used to minimize the 

risk of Karst related settlement on new projects and for remediation of existing structures or right of 

way.  A brief overview of cap and compaction grouting will be given, followed by three case histories 

where grouting was used successfully to further the interest of each project. 

 

The Introduction and overview will cover the materials, equipment, and techniques commonly used 

to implement cap and compaction grouting to remediate Karst activity. 

 

Case histories will represent the two most common forms of Karst Grouting: 

 

1) Site improvement to reduce the risk of Karst subsidence for new projects, 

2) Remediation of existing structures suffering damage due to Karst Subsidence. 

 

 

Karst Geohazards Along Highways In East Tennessee, Identification and Mitigation  

Harry Moore, Golder Associates, 3730 Chamblee Tucker rd., Atlanta, GA 30341,         865‐603‐7652; 

[email protected] 

 

ABSTRACT: Geohazards in general continue to cause multimillion dollar damages to not only 

infrastructure but to private businesses, homes, and can result in loss of life. Earthquakes, 

flooding, tsunamis, and sinkhole collapse tend to be the major geohazard issues to be confronted. 

 

Karst geohazards that include sinkhole collapse, sinkhole flooding, groundwater pollution, and 

sensitive environmental populations associated with karst are the major areas of concern when 

planning, locating, designing, constructing, and maintaining highway systems in karst areas. The 

collapse of sinkholes along roadways and highway structures continues to be a major safety issue 

resulting from karst.  Encroachment onto land containing geohazards is becoming more common 

as the geologically better ground is fast being used‐up. Approaching karst geohazards should 

17 

include concepts such as avoidance, minimizing impacts and implementing mitigation measures. 

Examples of each concept are discussed and illustrated. 

 

Geo‐Design Applications In Karst Environments 

William D. Spencer, P.G., Jaye Richardson, and Christopher Ramsey, PE, AMEC Earth & 

Environmental, 3800 Ezell Road, Suite 100, Nashville, Tennessee, (615) 333‐0630, 

[email protected] 

 

ABSTRACT: As roadway construction has utilized most of the easier, conventional routes, new 

roadway construction is relegated to the less desirable, less populated corridors.  As a 

consequence, an increasing degree of karst features are being encountered within the 

construction corridor.  

 

Solutions to karst features have included repairs of the features, placing the structure on Caissons, 

or pipe piles all of which require relatively sound bedrock for their installation.    

 

What do you do when there is no sound rock within acceptable depths?  When all you have to 

bear upon is thin intervals of rock followed by open cavities then assume you have a pair of 3,300 

feet long bridges to build?  You consider the use of micro‐piles.  Micropiles can withstand axial and 

lateral loads up to 500 tons per element.  Micropile structural capacities rely on high capacity steel 

elements to resist most, or all, of the applied load.  The grout transfers load through friction from 

the reinforcement to the ground in the micropile bond zone, similar to the bond zone created in 

ground anchors.  Due to the small pile diameter, end bearing capacity is generally discounted.  The 

grout/ground bond strength achieved is influenced primarily by the ground type and the grouting 

process used (pressure grouting or gravity feed).  With the addition of battering to the micro‐pile, 

effective foundation designs can minimize the need of a sound bedrock bearing zone with uplift 

resistance matching the design compressive strength for each member.     

 

Session 6: Mines and AMD Issues‐Part 2                                       

Chair: Kirk Beach (ODOT) 

 

Pandora’s Box: The Skytop Section of Route I‐99, Centre County, Pennsylvania  

David (Duff) P. Gold, P.G., Department of Geosciences, The Pennsylvania State University, 

[email protected], Arnold G. Doden, P.G. of Geologic Mapping and Resource Evaluation, Inc., Arnold@GMRE‐Inc.org, and Lawrence A. Beck, P.E., [email protected]  

 

ABSTRACT: The construction of I‐99 between Port Matilda and State College, during the early 

2000’s unearthed three challenging geologic conditions in and adjacent to the wind gap through 

the Bald Eagle Mountain, a prominent twin crested ridge of the Valley and Ridge Physiographic 

Province. A cascading set of events started with landslides as the road bed was excavated 

subparallel to the axis of 4th order chevron folds in overturned quartzite and shale beds of the 

Tuscarora Formation (Silurian) near the northwest flank of the ridge.   Fill to “load the toe” of 

these slides was transported from a deep excavation through the Bald Eagle Formation underlying 

18 

the southeastern crest that also was host to an epigene sulfide vein system.  Approximately 1 

million cubic yards (~1.7 x 106 tons) of Bald Eagle Sandstone containing ~5% pyrite, was excavated 

and distributed into four large waste dumps, at least 6 major fill sites and as many as 100 minor 

sites as “fill” or “dressing” stone before its toxic nature was recognized.  Some 47,000 tons was 

crushed for aggregate.  Two major east‐west striking faults beneath the wind gap and a host of 

low angle minor faults that day‐lighted in some of the cuts necessitated additional lay‐backs.   

  

Critical overlooked factors were: (a) landslide potential in chevron folds; (b) the significance of 

gossan as well as the leached “oxidized cap rocks”; (c) the distinction between syngenetic, 

epigenetic sulfide deposits, and secondary sulfate (supergene) enriched zones; (d) sampling 

strategy that considered only the former; (e) REDOX states associated with ground water‐table 

regimes, and (f) the expansive nature of sulfide to sulfate reactions. 

 

Unexpected factors encountered during and post‐construction include: (a) development of 

transient sulfate enrichment zones associated with newly created perched water tables in “fill” 

and road cuts, (b) the “real time” nature of sulfuricization to generate acid sulfate soils, local 

efflorescent mineral blooms, and vegetation kills in transient vadose zones and seeps; (c) gypsum 

armoring in clasts and channeling in limestone‐based remediation agents. 

 

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, (303) 278‐8700, [email protected], and Adolph Amundson, Tara Tafi and Steve 

Renner of the Colorado Division of Reclamation, Mining and Safety, Denver, CO., (720) 425‐4122 [email protected][email protected][email protected]  

 

ABSTRACT: Fires associated with abandoned coal mines are of major concern to various state and 

federal agencies involved in mine reclamation because of their potential for causing public health 

and safety hazards, wildfires and environmental pollution, and loss of potential energy resources.  

One of the greatest health and safety threats posed by coal fires is the potential occurrence of 

dangerously hot subsidence openings, and public exposure to gases. 

 

The IHI mine fire site is located at an elevation of approximately 7,000 feet on the west side of 

Haas Canyon, north of Rifle, Colorado.  The IHI mine, which operated from 1940 to 1945, is one of 

five abandoned underground coal mines in the Hass Canyon area.  This area has been the site of 

nine coal mine fire mitigation projects totaling over $1 million.  The projects were conducted by 

the U.S. Bureau of Mines, the Office of Surface Mining, and the Colorado Division of Reclamation, 

Mining and Safety (CDRMS), formerly the Division of Minerals and Geology.  These projects 

included installation of a fire barrier, removal of burning coal waste, several soil seal projects 

(blasting and pulverizing overburden), and two drilling and grouting projects.  These projects 

temporarily reduced the amount of air circulating through the mines, however, the fire has 

become increasingly active over the past few years with surface temperatures measured at up to 

800� F in 2009.  As a result of continuing hot subsidence issues, the CDRMS awarded a contract to 

19 

Zapata Incorporated, Blackhawk Division (ZAPATA) through the RFP process to investigate the 

mine fire using multiple advanced geophysical technologies. 

 

This paper presents the results and findings of the geophysical – engineering investigations 

conducted by ZAPATA and the CDRMS.  ZAPATA’s investigation involved the use of a variety of 

high‐resolution geophysical methods including magnetometry, DC‐resistivity and electromagnetic 

methods, smoke tracer tests, thermal imagery, and 3‐D evaluation.  The investigation provided 

detailed information on which coal seams were burning and the connectivity between them. 

 

Based on the results of the geophysical study, CDRMS initiated a mitigation project to restrict air 

from entering the fire, cool the fire to protect human health and safety, and prevent the fires from 

further expansion.  The project steps included: 

repairing the existing road, backfilling, and soil sealing a major air intake/subsidence 

feature near the portal; 

• identifying and sealing all other air intakes using polyurethane foam; 

• excavating the hot zones, spreading and quenching the hot soil and the bottom of the 

excavation; and 

• replacing and compacting the cooled soils back into the excavation. 

 

After mitigation, the maximum surface temperature on the excavated and quenched hillside was 

reduced to 158� F, where the previous month the maximum temperature was 473° F. 

 

Conceptual Alternative Study for the Remediation of Existing Gypsum Mines under SR‐2   

Andrew Wolpert, P.E. of CH2M HILL ([email protected]), Lynn Yuhr  P.G. of Technos, Inc. (lynn@technos‐inc.com), Pat Gallagher, P.E., P.S., CPGS of CTL Engineering of WV, 

Inc.([email protected]), Warren Whittaker of Workhorse Technologies, LLC. 

([email protected]) and Doug Rogers Project Manager of ODOT District Two Production 

([email protected])  

 

ABSTRACT: ODOT is investigating solutions to the potential risk of mine collapse along SR‐2, which 

overlies a series of abandoned gypsum mines. The gypsum mines lie roughly between the SR‐2/SR‐

53 interchange and the SR‐2/SR‐163 interchange in Ottawa County.  Previous studies conducted in 

the area indicated that vertical failures were occurring, with additional future events expected. 

Over the past 5 to 10 years, numerous and more frequent subsidence events have been 

documented in areas surrounding SR‐2. As a result of these events and because of their threat to 

SR‐2, this project was undertaken to assess the extent and condition of the mines and evaluate 

remediation alternatives.  

 

Investigation of the extent and condition of the mines included completion of a geophysical 

investigation, drilling boreholes, laboratory testing, mapping of mine voids using sonar 

technology, and a review of historical information. The data and information collected was used 

to approximate the mine boundaries and develop and evaluate conceptual alternatives to 

minimize the risk of a mine collapse adversely affecting SR‐2. 

20 

The project team compared and contrasted the features that best differentiated the conceptual 

alternatives and balanced the various goals outlined in the Purpose and Need Statement. The 

conceptual alternatives developed and evaluated were as follows: 

Conceptual Alternative 1—Construct a land bridge on existing alignment to span the mine 

area.  

Conceptual Alternative 2—Mine remediation by filling the mine voids under and within 

the zone of influence of SR‐2.  

Conceptual Alternative 3—Use roadway realignments to avoid many of the areas 

susceptible to mine subsidence while maintaining the existing interchanges.  

 

The project team is moving forward with the development of a pilot program to remediate a small 

portion of the mines to assess the constructability issues of remediating the existing mines.  The 

pilot program is scheduled to begin this fall.  

 

Session 7: Instrumentation and Monitoring                            

Chair: Steve Brewster (USACE Huntington) 

 

Instrumentation of the I‐40 Slide near Rockwood, Tennessee 

Lori McDowell, PE, Operations Specialist 2, Tennessee Department of Transportation, 7345 Region 

Lane, Knoxville, TN 37914,  865‐594‐2704, [email protected] 

 

ABSTRACT: During the construction of I‐40 across Rockwood Mountain in the late 1960s, a large, 

deep‐seated landslide affecting the east bound lanes occurred as the proposed embankment 

neared proposed grade. Eventually, the rate of movement was reduced to a manageable amount 

following the reduction of the fill height and the installation of vertical wells and horizontal drains. 

Although the service life of original wells was limited, the horizontal drains continued to produce 

steady flow, and additional drains were added in the 1990s. The slope movement continued at an 

average annual rate of 0.1 inch/year until 2009, and resurfacing of the affected roadway at 5 year 

intervals is now no longer a viable option as the rate of movement has recently increased to 

approximately 1 inch/year. TDOT has retained Golder Associates to implement a comprehensive 

investigation utilizing historic data and additional drilling and instrumentation, and ultimately 

conceive of a permanent fix. Using sonic drilling, a total of 7 inclinometer casings with vibrating 

wire peizometers were installed at selected locations in order to better delineate the sliding 

surface and the effect of ground water on the movement.  As an interim measure, a contract for 

additional vertical wells and horizontal drains was implemented in June of 2011. This presentation 

discusses the instrumentation installation, data collection, data interpretation, and the effect (if 

any) of the additional drainage measures on the slide. 

 

 

 

 

 

21 

Monitoring of Geohazards Impacting Highway Projects using TDR  

Kevin M. O’Connor, P.E., Ph.D. of GeoTDR, Inc., 720 Greencrest Drive, Westerville, Ohio,  

614‐895‐1400, [email protected] 

 

ABSTRACT: Due to risk to the traveling public, and liability concerns, it is not sufficient to be aware 

of a potential geohazard without timely updates and assessment of the risk involved.  Real time 

monitoring of geohazards with Time Domain Reflectometry (TDR) is being implemented for a 

variety of applications specifically for risk assessment.  TDR is cable radar which is used to 

interrogate coaxial cables thousands of feet in length.  The cables are monitored with battery 

powered automated data acquisition systems.  When deformation at any location along a cable 

exceeds an alarm level, this activity is recorded and downloaded to a base station server via the 

internet.  Data is displayed on a web page for viewing by project personnel, and email notification 

can be sent whenever the magnitude of deformation reaches action levels.  This presentation 

summarizes highway projects where TDR is being used to monitor mine subsidence, sinkhole 

subsidence, slope movement, and bridge foundation scour.   The project summaries demonstrate 

the cost‐effective benefits of remote, automated real time monitoring which include early 

warning of movement, public safety, and liability limitation. 

 

Soo Locks Construction Instrumentation  

Ronald J. (Jeff) Rakes, Instrumentation Coordinator, U. S. Army Corps of Engineers, Huntington 

District, 502 8th Street, Huntington, WV 25701, 304‐399‐5809, [email protected] 

 

ABSTRACT: The Soo Locks, situated on the St. Marys River at Sault Ste. Marie, Michigan are a 

critical link in the Great Lakes / St. Lawrence Seaway system. The U.S. Army Corps of Engineers 

operates and maintains four parallel locks at this location. The most recent set of locks were built 

in 1968.  

 

Only one of the locks is capable of handling the Great Lakes system’s largest vessels, which 

account for nearly two thirds of the potential carrying capacity of the Great Lakes fleet. Any 

disruption of service at this lock would result in delays to these vessels, and depending on the 

length of time of the closure, could cause serious problems for the industries that rely on these 

vessels for shipments of raw materials, especially iron ore and coal. 

 

The Huntington and Detroit Districts are jointly designing a new lock utilizing portions of an 

existing chamber. The existing chamber floor will be removed and deepened. New wide wall 

monoliths will be constructed, along with a new filling and emptying system in the lock chamber 

floor.  

 

The complexity of the existing site, which has been listed on the National Historic Register since 

1966, the innovative lock design and the harsh winter weather conditions make this a challenging 

construction effort. This paper presents the design of manual and automated instrumentation for 

monitoring during new lock construction. Risk reduction as related to worker safety and project 

integrity is the primary purpose of the instrumentation.  

22 

The system will be comprised of instruments designed to monitor for overturning, seepage, 

settlement / rebound, sliding and tieback loading. The types of instruments selected include 

inclinometers, metallic time domain reflectometry cables (MTDR), tilt meters, piezometers, load 

cells and survey points. The ADAS network chosen is a distributed intelligence logger system 

designed around the Campbell Scientific CR1000 remote monitoring unit. Data transmission will 

be via both wired multiplexors and wireless radios. The system will provide audio and visual 

alarming for instrument threshold exceedance and include a near real time webpage with 

individual instrument values. 

 

Instrumentation as a Construction Monitoring Tool and the use of Controlled Response 

Communications  

Bill Walker, Civil Engineer ‐ Nashville District   

Michael Zoccola, Chief of Civil Design Branch Nashville District 

 

ABSTRACT: Performance monitoring of dams is accomplished using a variety of instrumentation.  

The evolution of dam performance monitoring can be traced from 19th century surveillance 

programs to modern ADAS systems that integrate instrumentation data into AI computer models.  

These advancements have allowed for near real time dam monitoring.  The Nashville District is 

utilizing this technology at five projects within the district.  Two of these projects are currently 

classified as DSAC I in the USACE Risk Portfolio which mandates a more rigorous monitoring 

program as part of the IRRM.  Current system configuration allows for the monitoring of long term 

performance criteria as well as near real time subsurface construction monitoring associated with 

the barrier wall construction at Wolf Creek and Center Hill Dams.  A major component of this 

monitoring program is the implementation of an automated alert system via email and SMS, that 

is triggered when specific thresholds are met.  Detailed communication plans are a necessity when 

instrumentation threshold information is disseminated this rapidly.  LRN has authored a Joint 

Instrumentation Monitoring Plan (JIMP) to govern the flow of data and communication where 

these alert systems are utilized.  The JIMP establishes relative risk levels based on the readings of 

the various instruments on site.  Once this risk level is determined the JIMP outlines a specific 

communication plan.   

 

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

 

CSXT Emergency Response for Flood Repairs  

Christopher Ramsey, PE, AMEC Earth & Environmental, 3800 Ezell Road, Suite 100, Nashville, TN 

37211, (615) 333‐0630, [email protected] 

 

ABSTRACT: CSX Transportation selected a team of engineers and contractors which included 

AMEC Earth & Environmental, Inc., to inspect and repair over 200 miles of track from Nashville to 

Memphis, Tennessee after the devastating floods that occurred after record rainfall on May 1 & 2, 

2010.  Over 37,000 feet of railroad track required repair of some kind, including the repair of two 

bridges.  The bridges, which supported the track over the Harpeth River, included a completely 

washed out 3 span bridge and a 6 span bridge that had one span washed away.  The majority of 

23 

the repairs were completed and rail traffic was restored within 21 calendar days after the initial 

inspection.  AMEC worked with the project team to provide a comprehensive solution after this 

crippling catastrophe. 

 

Wolf Creek Dam Foundation Remediation: An Update on Construction Progress and Associated 

Lessons Learned 

Joshua Bomar, E.I.T., U. S. Army Corps of Engineers, Nashville District, 801 Broadway, Nashville, TN 

3720, [email protected] 

 

ABSTRACT: Wolf Creek Dam, in south central Kentucky, is the poster child for problems associated 

with high head dams on Karst foundations.  In the late 1960s, the development of three sinkholes 

at the downstream toe lead to an emergency grouting program, which, upon further evaluation, 

was deemed a short term solution to the overarching problem.  The emergency grouting was 

followed by construction of what, at the time, was the world’s record deep barrier wall.  The 

construction techniques employed were very innovative and paved the way for this type of 

remedial construction.  Today, observations of surface seepage and trends in instrumentation 

data suggested that the obstinate problem of seepage has progressed once again to an 

unacceptable level.  The unacceptable level of risk has thrust Wolf Creek into national prominence 

and initiated construction of a barrier wall through an unprecedented 450,000 square feet of 

limestone.  With approximately one million square feet of barrier wall and over 700,000 linear feet 

of grout hole installed to‐date, Wolf Creek Dam is a lessons learned gold mine and continues to set 

the standard for barrier wall construction in hard rock.  This presentation highlights the ongoing 

foundation remediation project and pertinent lessons learned.        

 

Navigation Lock Foundation Design in Complex Karst Geology at Chickamauga Dam  

Mark Elson, P.G., [email protected]  and Juan Payne, P.G., 

[email protected]  of US Army Corps of Engineers, Nashville District and Dewayne 

Ponds, P.G., ARCADIS US, Inc., dewayne.ponds@arcadis‐us.com 

 

ABSTRACT: Chickamauga Lock and Dam are located on the Tennessee River in Chattanooga, 

Tennessee.  The project is located in the Valley and Ridge Physiographic Province of East 

Tennessee on karst prone rock and in a structurally complex geologic setting.  A new 600‐ by 110‐

foot lock has been designed and will be constructed to replace the existing lock, which is suffering 

from significant concrete growth problems in the form of alkali carbonate reaction.  The new lock 

foundation design accounts for rock conditions including folded limestone and shale beds, 

imbricate faulting with associated closely spaced joints, karstic conditions, and 2‐ to 3‐foot thick 

bentonite beds within and below the excavation.  The design solutions for foundation excavation 

and construction are based on evaluation of the geology at each individual concrete monolith.  

Precision blasting techniques will be required due to the nature of the geology and the proximity 

of the existing lock, dam and powerhouse.  Rock bolts and shotcrete will be utilized to insure the 

stability of the excavation during construction.  At one critical location, a secant pile wall will be 

installed to insure the stability of the cofferdam foundation directly adjacent to the lock monolith 

excavation.  Due to the presence of relatively weak and compressible bentonite layers in the 

24 

foundation rock, many monoliths will be founded on eight‐foot diameter drilled shafts.  The 

detailed geologic investigation of the site was also used to design a grouting program for achieving 

seepage closure of the lock chamber.  The lock design was completed during construction of the 

cofferdam and additional geologic information from the ongoing construction activities was 

incorporated into the lock foundation design as appropriate.  

 

Influence of Weak Pennsylvanian System Shales in OH and KY on Transportation Projects  

Richard Williams, Ph.D., P.E., Sr. Geotechnical Engineer, Stantec Consulting Services Inc., 1500 Lake 

Shore Drive, Suite 100, Columbus, OH 43204;  [email protected] 

Eric Kistner, P.E., Associate, Stantec Consulting Services Inc., 11687 Lebanon Road, Cincinnati, OH 

45241; [email protected] 

Luis Arduz, P.E., Geotechnical Engineer, Stantec Consulting Services Inc., 1409 North Forbes Road, 

Lexington, KY 40511;  [email protected] 

   

ABSTRACT: The increased incidence of slope stability problems in Ohio and Kentucky within the 

excavated and embankment slopes constructed within or from selected shales of the 

Pennsylvanian System is widely recognized.  Not all Pennsylvanian System bedrock units, even 

some shales, are considered less competent with regard to slope stability; however, the 

Pennsylvanian redbed formation shales and resultant colluvium, in particular, within the upper 

series of formations within the Pennsylvanian system are considered notoriously unstable.   

Understanding the differences in shale structure and the resultant impact of those structure 

differences on mass shale strength is a crucial part of geotechnical design and construction of 

transportation infrastructure within the areas of these states underlain by Pennsylvanian bedrock. 

 

The structure of “typical” shales as compared with the structure of weak Pennsylvanian shales will 

be discussed.  The impact of the structure differences on strength will be detailed, with particular 

attention given to the strain‐softening behavior of the redbed shales.  The suggested strength 

parameters for use in design of slopes excavated within selected redbed shales and/or colluviums 

will be discussed as well as the parameters for embankment design incorporating redbed shales 

and/or colluviums.  Suggested methods for measurement and/or estimation of redbed shale 

strength will be presented. 

 

Session 9: Failures and Forensic Geology                                

Chair: Brian Bruckno (VDOT) 

 

Defining a Role for Geology and Forensic Geology in Site Characterization for LRFD  

Robert C. Bachus, Ph.D., P.E., Geosyntec Consultants, Kennesaw, GA, 678‐202‐9556, 

[email protected] 

Naresh Samtani, Ph.D., P.E., NCS Consultants, Tucson, AZ 

 

ABSTRACT: In the transportation community, load and resistance factor design (LRFD) represents 

the “wave of the future” for designers of highway superstructures and substructures.  The 

underlying principles that guide design in the LRFD framework reside in concepts that attempt to 

25 

assess “reliability” and “uncertainty” in the parameters that are integral to the design.  Procedures 

and protocols for defining and incorporating reliability are prescribed in the American Association 

of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) code.  While many aspects of the LRFD 

code are viewed as prescriptive, other aspects are viewed as being absent of specific prescribed 

guidance.  One of the often cited categories that is overlooked in the LRFD code relates to geology 

and geologic setting.  The authors note that there are several explicit sections of the code that 

allow the knowledge, experience, and expertise of geologists to influence the engineering design.  

The first part of this presentation will identify these areas and cite examples where geology has a 

profound influence on an LRFD‐based design.  More importantly, the authors note that lessons 

learned from recent geologic forensic assessments figure prominently in design, regardless of 

whether the design explicitly is based in the LRFD framework.  Therefore, the second part of this 

presentation will highlight several projects in which the detailed forensic assessment of geologic 

conditions and settings influenced the initial and/or stabilization design.  Several case histories will 

be introduced and discussed, including those involving landslides, rockfalls, levees, and earth 

fissures.  The role of the forensic investigation will be discussed, as well as the manner in which 

the forensic findings influenced the design. 

 

Do’s and Don’ts for Geotechnical Investigations in Appalachian Karst 

Joseph A. Fischer, P.E., PhD, President Geoscience Services, 3 Morristown Rd., Bernardsville, NJ 

07924, 908‐221‐9332, [email protected] 

 

ABSTRACT: The first step in a geotechnical investigation of an Appalachian karst site is recognizing 

that not all U.S. karst is the same.  Different problems are exhibited in the recent carbonates of, 

for example, Florida than the flat‐lying, older carbonates of the mid‐continent and the folded and 

faulted carbonates of the Valley and Ridge province of the eastern U.S. 

 

Initially, the investigator should research the relatively large data sources available from State and 

Federal agencies.  Much of this information is available on‐line.  Too often, this first step is ignored 

and a geophysical survey is performed along a route or the area where a major structure is 

planned.  In many instances, this is a failure since subsequent hard data is often only poorly 

correlative with hard field data. 

 

Before any hard or soft field data is obtained, it is usually beneficial to review high‐quality aerial 

photos and perform a geologic reconnaissance by experienced personnel.  These preliminary 

evaluations can provide great deal of low‐cost information to an experienced investigator and 

allow him/her to develop a geologic model. 

 

Next, a preliminary site/route study employing test borings and test pits can be used to develop a 

better “feel” for the subsurface, proof the geologic model developed and allow the planning of 

more extensive investigation, if appropriate.  The author believes that it is at this stage that 

competent geophysical professionals can be added to the team to define what techniques and 

resolutions may best fulfill subsequent phases of the project.   

 

26 

The various procedures and techniques that should be included consider obtaining appropriate 

hard data with drilling and sampling techniques that consider the erratic nature of the subsurface.  

Additional explorations, combined with either diagnostic or remedial grouting, can help the 

investigator to understand the vagaries inherent in an Appalachian karst subsurface.  

 

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 

 

ABSTRACT: Digital photos of failed slopes have been used widely for many years to document 

conditions for subsequent examination and display. Pairs of photos of the same view from slightly 

different positions (i.e., stereo pairs) can be used for routine stereoscopic viewing, as well as for 

making 3D models with special software (e.g., ShapeMetriX3D). 3D models made from stereo pairs 

of digital photos taken with calibrated camera‐and‐lens combinations and with visible range and 

vertical reference features (e.g., a range pole) can be used for making true‐scale measurements of 

positions, distances, and orientation of planar surfaces. Conventional limitations common to all 

photographic methods apply to 3D models (e.g., slope segments obscured by vegetation, oblique 

views of inclined elements, parallax distortion). 3D models are more useful than simple 

photographs for aiding in visualization of slope conditions and understanding causes of failure. 

Measurements made with the special software can be exported for use in other software 

applications, such as GIS and rock structure analysis programs (e.g., ArcGIS and RockPack). 

Examples from Tennessee, Virginia, and California demonstrate the utility of the technology. 

 

A Rock Stress Release Failure and Quarry Flooding Attributed to the May 2010 Nashville Flood  

John D. Godfrey, Jr., P.E. (Presenter), [email protected], and Gregory W. Brubaker, P.E, 

[email protected], of K.S. Ware & Associates, LLC, 54 Lindsley Avenue, Nashville, 

Tennessee 37210, Tel: 615‐255‐9702  

ABSTRACT: During the May, 2010 Nashville flood, a 250 foot section of earthen embankment and 

rock quarry wall located between Richland Creek and ReoStone Quarry failed, allowing the flood 

waters of Richland Creek and the Cumberland River to empty into, and fill, the ReoStone Quarry.  

As part of the forensic investigation team, K. S. Ware and Associates, L.L.C. (KSWA) was tasked by 

the Metropolitan Government of Nashville and Davidson County to evaluate and report on the 

site conditions, events and related issues that contributed to the failure of the embankment and 

quarry wall. 

 

After the flood waters receded and Richland Creek was routed away from the quarry, a large, 

linear, open joint, about 2 to 3 feet wide at its widest point, was exposed in the limestone bottom 

of the creek channel extending into the quarry.  Observations of the site suggest that the open 

rock joints appear to have been formed by a rock stress release mechanism.  Further evidence of 

27 

this stress release was the presence of large limestone boulders at the bottom of the quarry that 

were observed below the location of the breach after the quarry was dewatered. 

 

Large rock excavations, such as quarry excavations or highway rock‐cuts, enhance the stress 

release mechanism along the remaining rock walls, allowing existing rock joints to increase in size, 

and thus increasing the potential of failure.  There is strong evidence suggesting that water 

pressure in the rock joints from the flood waters produced sufficient hydrostatic pressure to move 

the wall of the quarry.  A combination of events likely contributed to the wall failure including the 

flood waters, the site geology and the proximity of quarry operations.  This presentation will 

discuss the flooding event and related issues contributing to this failure. 

 

Session 10: Information Technology and Data Delivery          

Chair: Matt Crawford (KGS) 

 

Displaying Joint Data via the Kentucky Geological Survey’s Online Map Service 

Steven L. Martin, Geologist, Kentucky Geological Survey, 228 Mining and Mineral Resources 

Building, Lexington KY 40506‐0107, 859‐323‐0508, [email protected] 

 

ABSTRACT: The Kentucky Geological Survey is developing a database of joint orientations at 

selected locations in the state.  Joints play an important role in geotechnical issues concerning 

transportation and the formation of landslides.  Joints are measured along selected highways 

because they are relevant for geotechnical issues and landslides.  Joint orientations are also 

measured at natural arch locations throughout the state in order to provide a regional distribution 

of joint measurements, and help in determining the relationship between joint orientations, 

faults, and map‐scale fracture traces or lineaments. 

 

Field work for this project involves first taking pictures of roadcuts or rock exposures.  The pictures 

are printed and then used to document where on the roadcut or exposure the joints were 

measured.  After the joints are measured in the field, the data are then compiled in the office and 

rose diagrams are created. 

 

“Profile” is a name given to a location created on the Kentucky Geological Survey online map 

service (kgs.uky.edu/kgsmap/kgsgeoserver/viewer.asp). Data entered to create these profiles go 

into the KGS database.  Profiles contain information concerning the location of geologic features, 

identification numbers pertaining to that feature, and descriptive information about the site.  

Profiles also include pictures of outcrops, joint measurements, and rose diagrams. 

 

Joints were measured during the geologic mapping of Kentucky and are symbolized on U.S. 

Geological Survey geologic quadrangle maps.  These geologic maps and associated map data have 

been digitized and are available as map layers on the KGS online map service.   

 

 

28 

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., Wang, Rebecca of Kentucky Geological Survey, 

University of Kentucky, Lexington, Ky.  

 

ABSTRACT: The Kentucky Geological Survey (KGS) is analyzing transportation maintenance costs 

related to landslides, rockfalls, and sinkholes to determine relationships to geologic site 

conditions. The data are derived from the Kentucky Transportation Cabinet (KYTC) Operations 

Maintenance System, a database of maintenance activities which came from district work orders. 

Seven years of data were analyzed in two phases of the project. Phase I converted the tabular 

data into GIS format in order to analyze costs geospatially. A program was developed that splits 

work order costs into one‐mile segments with a reference to alignment mile points, so that the 

database can be joined with shapefiles of the transportation system. Phase II included 

investigating the geologic and geomorphic context of the landslide and rockfall costs over time. 

Maps of high and repetitive costs were created to identify target study areas. Target areas were 

then field investigated to assess the local site conditions in order to develop predictive models for 

maintenance issues. An inventory form was created to allow for a systematic approach for each 

site assessment.  

 

Tennessee's Geohazard Management Program:  Moving from Disaster Recovery towards Asset 

Management 

Vanessa C. Bateman, U. S. Army Corps of Engineers, Nashville District 

 

ABSTRACT: Part of the mission of the TDOT's Geotechnical Engineering Section (GES) is to gather 

and maintain information on geohazards for the Tennessee Department of Transportation 

department so that these sites may be monitored, repaired or mitigated. Potential geohazards 

include sinkholes, rockfalls, landslides, settlement problems, potentially acid producing rock and 

earthquake related problems. This information is used for project design, permitting, mitigation, 

assistance to maintenance and for TDOT's rockfall mitigation program.  

 

Many stakeholders within the department needed easy and reliable access to the geohazard data 

maintained by the GES. Unfortunately, until this project began, all of this information other than 

Rockfall was scattered within paper files. This state of affairs has made the information difficult to 

access, makes geohazard sites other than rockfall difficult to evaluate, ensuring that the 

department had to rely on the memories of GES personnel when gathering necessary data and 

making information sharing extremely difficult and unreliable.  

 

Building on TDOT's Rockfall inventory program, the purpose of the Geohazards Management 

program is making easy access and visualization of the core geologic hazards available not only to 

members of TDOT's Geotechnical Engineering Section, but also to other stakeholders throughout 

the department. Users throughout TDOT can now review information related to specific geologic 

hazards in Tennessee for field collected measurements / evaluations and where hazard 

mitigations have been applied or may be necessary using a standard internet browser.   

29 

 

The web browser implementation is supported by an Oracle Spatial database that captures not 

only inventory information, but stores information of geohazard repair methods and the GES 

rating of that repair methods' success in the field.  It includes links to project photos, reports and 

assessments. 

 

All of which can be requested by the click of a button that sends an e‐mail to the relevant GES 

staff.  Specialty maps can be made using GIS programs such as ArcGIS and spatial analysis can also 

be performed.   

 

While the majority of the records currently within this system are rockfall, all other tracked 

geohazards are being input into the system as of July 2010 and historical records are being added 

as time permits.  Records displayed by this Geohazard application are stored within an Oracle 

Spatial Database and are available as read‐only layers for use within a full scale GIS program. 

 

Further expansion of the system is expected adding in "pyrite repositories" 

and other features.  Hazard ratings and a "Road Closure Impact Rating," (a measure of the impact 

on the traffic network during and incident) are also currently supported. 

 

The web browser uses a highway sign motif with signs colored red, yellow and green and sites 

where mitigation has been performed are easily visible through the use of "badges" on these 

highway signs.  This information will allow the Tennessee Department of Transportation to 

maintain information on where geohazards have occurred and what it has done to mitigate these 

sites. 

 

It will allow the department to start moving to a more asset management framework where re‐

inspection of sites occurs systematically; not possible where data on all the sites that need re‐

inspection is maintained on paper or the memories of staff. 

 

Using Geographic Information System Techniques to Identify and Delineate Karst Features in 

Tennessee 

David E. Ladd, Hydrologist, USGS Tennessee Water Science Center, 640 Grassmere Park, Suite 100, 

Nashville, TN 37211, 615‐837‐4773, [email protected] 

 

ABSTRACT: In areas underlain by carbonate rocks, closed karst depressions (sinkholes) can 

adversely affect the construction and maintenance of roadways and associated hydraulic 

structures. Identifying and delineating sinkholes from topographic maps is a difficult and time 

consuming process. In general, sinkholes appear on topographic maps as closed depressions. 

Digital Elevation Models (DEMs) provide a means to automate the identification of closed 

depressions on local and regional scales, but simple mathematical analysis of DEMs to delineate 

them typically misidentifies a significant number of features in a given area. Digital filters can 

reduce the uncertainty in karst‐feature identification, but such filters must be evaluated for 

accuracy before being applied across large areas. Existing Geographic Information System (GIS) 

30 

techniques for identifying closed depressions and their catchments using DEMs have been tested 

on limited areas, but these techniques have not been thoroughly tested across Tennessee. The 

U.S. Geological Survey (USGS), in cooperation with the Tennessee Department of Transportation 

(TDOT), is developing and applying GIS techniques to identify karst features on a regional scale 

and produce a karst GIS dataset for the State of Tennessee. 

 

Session 11: Landslides                                                                     

Chair: Ben Rivers (FHWA) 

 

Mapping Landslide Hazards Using Lessons from Earthquake Insurance  

Jeffrey R. Keaton, MACTEC Engineering and Consulting, Los Angeles, CA 

Richard J. Roth, Jr., Consulting Actuary, Huntington Beach, CA 

 

ABSTRACT: Insurers can quickly assess seismic hazard for any address by using probabilistic 

models based on 1) earthquake‐source proximity, 2) earthquake occurrence likelihood, 3) shaking 

attenuation, and 4) site amplification effects. Loss estimates are projected from building 

performance estimates based on type, age, and use. Earthquake‐insurance policy price is based on 

annual risk of loss, damage extent, and property value. Landslide damage is uninsurable because 

no basis currently exists for estimating hazard or loss, thereby preventing insurance premiums 

from being set actuarially. Unlike earthquake processes, probabilistic models of landslide 

processes that quantify their likelihood of occurrence and the extent of resulting damage are 

unavailable.  

 

Early building codes defined zones of high hazard where earthquakes had occurred repeatedly 

during historical time, as well as zones of negligible hazard where no earthquake damage had 

been experienced and none was expected. This earthquake example provides a valuable lesson in 

defining zones of negligible landslide hazard as a point of beginning, instead of concentrating only 

on areas of repeated landslide incidence and damage. Once negligible hazard zones are defined, 

private insurance might offer all‐peril policies that include landslide damage in those zones. As 

such policies become valuable to the insurance industry, modelling efforts will be put into 

expanding the size of the low‐hazard zone and working to define the level of hazard in higher risk 

landslide zones. Consequently, efforts to create high confidence in low‐hazard landslide zones 

may be more valuable, at least in some regards for the private insurance industry, than 

microzoning high‐hazard landslide zones. 

 

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, Geotechnical Engineering Unit, PO 

Box 3279, Asheville, NC 28802, 828‐298‐3874, [email protected] 

 

ABSTRACT: On October 25, 2009, a 50,000 yd3 rockslide blocked all four lanes of I‐40 at MM 2.5.  

Investigation determined that a remaining 310,000 yd3 potential wedge failure would need to be 

removed or stabilized. After a failed bid for excavation, a contract for tensioned anchor 

31 

stabilization under a 60‐day contract was let.  This presentation will discuss why design and 

construction shifted to a passive anchor system, the design considerations selected, utilization of 

SWEDGE software for design, completion of the project and installation of a monitoring system for 

future slope conditions and movement. 

 

Slope Failure and Underlying Geologic/Manmade Causes  

Joseph D. Carte, P.E., Geotechnical Unit Leader – WV Division of Highways, 1900 Kanawha 

Boulevard East, Building Five, Charleston, WV 25305, 304 558‐7403, [email protected] 

George A. Chappell Sr., Senior Geotechnical Technician – WV Division of Highways, 1900 Kanawha 

Boulevard East, Building Five, Charleston, WV 25305, 304 558‐9327, [email protected] 

 

ABSTRACT: Numerous slope failures occur every year on our highways in Appalachia.  These 

failures are caused by either natural or manmade forces, or a combination of both.  Sometimes we 

are asked to determine the cause of a slope failure where both natural and manmade factors are 

present.  In order to determine the triggering mechanism, we have to put on our “forensic hat” 

which sometimes results in expert witness testimony. 

 

This presentation explores some of the various causes of slope failures and their relative size in 

order to sort out what actually triggered a particular slope failure from minor contributing factors.  

Our approach will be to present both the engineering and geologic concepts at work to cause a 

failure.  We will examine the underlying geology, surface and subsurface water effects, 

loading/unloading effects, and will discuss loss of toe support.  An example of a slope failure with 

multiple contributing factors will be presented. 

 

Coupled Use of Instrumentation and Geologic History to Assess Movement, Performance, and 

Stabilization of Large Landslide in Western Pennsylvania  

Robert C. Bachus, Ph.D., P.E., 678‐202‐9556, [email protected], Jill Simons, Ph.D., P.E., and 

Leslie Griffin, P.E., Geosyntec Consultants, Kennesaw, GA 

 

ABSTRACT: A large landslide in Western Pennsylvania adjacent the Ohio River impacted a four‐

lane highway and three lines of a major railroad.  Geotechnical instrumentation has played in 

significant role in assessing the cause of the failure and in guiding the stabilization efforts that are 

currently underway.  One critical component of the assessment and stabilization effort was to 

couple the cause of the landslide as well as the stabilization design to the geologic conditions at 

the site.  Assessing and then understanding the site geologic setting was then used to develop the 

construction phasing strategy.  Ongoing construction performance monitoring and the 

construction performance itself has to date been consistent with the interpreted geologic 

conditions.  This presentation will provide details of the numerous assessments that were made 

and the results of the performance and construction monitoring activities.