Design of the South Doña Ana Dam

Las Cruces is a small city located in Dona Anna county, southern New Mexico.

  1. Desh Sonyok
    Las Cruces is a small city located in Dona Anna county, southern New Mexico.
    Transcript Header:
    Design of the South Doña Ana Dam
    Transcript Body:
    • 1. Design ooff tthhee SSoouutthh DDooññaa AAnnaa DDaamm IInntteerrnnaattiioonnaall EEnnggiinneeeerriinngg GGrroouupp ((EEIIGG)) PPrroojjeecctt MMeemmbbeerrss:: DDaanneeeell NNoorrttiieerr DDeesshh RRaajj SSoonnyyookk TTrraann TTrrii DDuunngg UUmmaaiimmaa AAll--AAqqttaasshh CCiivviill EEnnggiinneeeerriinngg DDeeppaarrttmmeenntt NNeeww MMeexxiiccoo SSttaattee UUnniivveerrssiittyy
    • 2. CCWWCCWWohhoohhoaaaannnttntt i ittististsesee e G GGnGnnnPPPPtttRRtsRRsss????  BBaacckkggrroouunndd  OObbjjeeccttiivveess  LLooccaattiioonn  PPhhyyssiiooggrraapphhyy aanndd cclliimmaattee  MMeetthhooddoollooggyy  PPrreelliimmiinnaarryy RReessuullttss  DDiissccuussssiioonn aanndd CCoonncclluussiioonn
    • 3. BBBBaaaacccckkkkggggrrrroooouuuunnnndddd  DDooññaa AAnnaa ccoouunnttyy,, ssoouutthheerrnn NNeeww MMeexxiiccoo,, 66..5mmii NNoorrtthh ooff LLaass CCrruucceess  OOrriiggiinnaallllyy iinnssttaalllleedd iinn 1199500’’ss ((11660000 fftt))  TThhee pprrooppoosseedd SSoouutthh DDooññaa AAnnaa DDaamm ffoorr 110000yyrr fflloooodd  IInnssttaallllaattiioonn –– aallmmoosstt uunnooccccuuppiieedd  RReeaaddiillyy ddeevveellooppaabbllee ((FFllaatt)):: 6600KK ((11996600)) –– 11775kk ((22000000))  77990000AAccrreess-- ((PPrriivvaattee 544%%,,BBLLMM 4433%%,,SSttaattee 44%%))  UUnneemmppllooyymmeenntt:: 66..44%% ((5..88%%))  PPeerr CCaappiittaa IInnccoommee:: $$1100,,54422 (($$2211,,58877))  BBeellooww PPoovveerrttyy:: 2222..88%% ((1122..44%%))
    • 4. OOOObbbbjjjjeeeeccccttttiiiivvvveeeessss  PPrrooppoossee 110000 yyeeaarr rreettuurrnn ppeerriioodd ssttrruuccttuurree 11)) EElleepphhaanntt BBuuttttee IIrrrriiggaattiioonn DDiissttrriicctt ((EEBBIIDD)) 22)) DDoonnaa AAnnaa CCoouunnttyy OOffffiiccee ooff tthhee FFlloooodd CCoommmmiissssiioonneerr ((DDAACCFFCC)) 33)) LLaa UUnniioonn SSooiill aanndd WWaatteerr CCoonnsseerrvvaattiioonn SSeerrvviiccee ((LLUUSSWWCCDD)) 44)) UUSSDDAA NNaattiioonnaall RReessoouurrccee CCoonnsseerrvvaattiioonn SSeerrvviiccee ((NNRRCCSS))  EEffffeeccttiivvee DDeessiiggnn 11)) SSuurrffaaccee HHyyddrroollooggyy 22)) SSttoorraaggee aanndd DDrraaiinnaaggee 33)) TTrraannssmmiissssiioonn 44)) SSttaabbiilliittyy aanndd SSeettttlleemmeenntt  CCoosstt AAnnaallyyssiiss  $$$$$$$$
    • 5. LLLLooooccccaaaattttiiiioooonnnn CCiittyy ooff LLaass CCrruucceess,, DDoonnaa AAnnaa ccoouunnttyy,, NNeeww MMeexxiiccoo DDaamm aaxxiiss:: llaatt.. 3322002233’’2288..225’’’’ aanndd lloonngg.. 110066004477’’55..3344’’’’
    • 6. Dam Axis Highly populated
    • 7. PPPPhhhhyyyyssssiiiiooooggggrrrraaaapppphhhhyyyy aaaannnndddd CCCClllliiiimmmmaaaatttteeee  TTooppooggrraapphhyy  EElleevvaattiioonn:: 44000000 fftt -- 5883333 fftt  SSeemmii--ddeesseerrtt cclliimmaattee  RRaaiinnffaallll:: 99 iinncchh  SSnnoowwffaallll:: 33..22 iinncchh aannnnuuaallllyy ((ppeeaakkss))
    • 8. MMMMeeeetttthhhhooooddddoooollllooooggggyyyy  DDeelliinneeaattiioonn ooff tthhee WWaatteerrsshheedd UUssee ooff AAuuttooCCAADD 22000077 TTooppooggrraapphhiicc mmaappss ffrroomm UUSSGGSS  SSooiill CChhaarraacctteerriissttiiccss SSooiill ssuurrvveeyy ooff DDoonnaa AAnnaa CCoouunnttyy aarreeaa NNeeww MMeexxiiccoo ((BBuulllloocchh aanndd NNeehheerr,, 11998800)) CCuurrvvee nnuummbbeerr ooff ssooiillss:: SSooiill CCoonnsseerrvvaattiioonn SSeerrvviiccee ((SSCCSS)) mmeetthhoodd
    • 9. MMMMeeeetttthhhhooooddddoooollllooooggggyyyy …………CCCCoooonnnnttiittnniinnuuuueeeedddd  HHyyddrroollooggiicc AAnnaallyyssiiss DDeetteerrmmiinneedd 110000 yyeeaarr rraaiinnffaallll ffrroomm NNOOAAAA ddaattaabbaassee,,((22000077)) UUsseedd HHEECC--HHMMSS ssooffttwwaarree ttoo ddeetteerrmmiinnee ssuurrffaaccee rruunnooffff  RRoouuttiinngg AAnnaallyyssiiss ((IInnffllooww--OOuuttffllooww rreellaattiioonnsshhiipp)) MMaaxxiimmuumm oouuttffllooww aanndd mmaaxxiimmuumm ssttoorraaggee ccaappaacciittyy DDeessiiggnn ooff ttrraappeezzooiiddaall cchhaannnneell ffoorr tthhee oouuttffllooww  HHyyddrraauulliicc ddeessiiggnn:: oouuttlleett ppiippee aanndd ttrraappeezzooiiddaall cchhaannnneell  SSllooppee ssttaabbiilliittyy,, sseettttlleemmeenntt,, aanndd sseeeeppaaggee aannaallyyssiiss  EEccoonnoommiicc aannaallyyssiiss
    • 10. WWWWaaaatttteeeerrrrsssshhhheeeedddd CCCChhhhaaaarrrraaaacccctttteeeerrrriiiissssttttiiiiccccssss  TToottaall aarreeaa:: 1177..2277 kkmm22 11772277..2255 hheeccttaarree  SSttrreeaamm ggrraaddiieennttss:: 00..001188 –– 00..112288
    • 11. WWWWaaaatttteeeerrrrsssshhhheeeedddd CCCChhhhaaaarrrraaaacccctttteeeerrrriiiissssttttiiiiccccssss  1166 ssuubb--bbaassiinnss
    • 12. SSSSooooiiiillll TTTTyyyyppppeeee aaaannnndddd CCCCuuuurrrrvvvveeee NNNNuuuummmmbbbbeeeerrrr ( 0.2 )2 P S Q = P - S + ( 0.8 ) = 1000 -10 CN S CCNN:: 6622 –– 8888
    • 13. HHHHyyyyddddrrrroooollllooooggggyyyy HHEECC--HHMMSS mmooddeell ooff tthhee wwaatteerrsshheedd
    • 14. HHHHyyyyddddrrrroooollllooooggggyyyy  110000 yyrrss fflloooodd:: 33..66 iinn  HHEECC--HHMMSS HHyyddrrooggrraapphh:: PPeeaakk ffllooww:: 991188..3366 ccffss ((aafftteerr 1133..55 hhoouurrss))
    • 15. HHHHyyyyddddrrrraaaauuuulllliiiiccccssss  VVoolluummee vvss.. HHeeaadd RReellaattiioonnsshhiipp :: SS==11..552222**HH22..008811  MMaaxx.. VVooll.. wwiitthhoouutt oouuttffllooww:: 337766..7799 aaccrree--fftt  MMaaxx.. wwaatteerr ddeepptthh wwiitthhoouutt oouuttffllooww:: 1144..55 fftt (I1+I2)/2 – (O1+O2)/2 = S2 – S1  IInnffllooww--oouuttffllooww rreellaattiioonnsshhiipp:: MMaaxxiimmuumm ssttoorraaggee:: 226633..9988 aaccrree--fftt MMaaxxiimmuumm oouuttffllooww:: 111199..7711ccffss MMaaxxiimmuumm hheeaadd:: 1111..99 ffeeeett ((aafftteerr 2233..55 hhoouurr))
    • 16. IIIInnnnfffflllloooowwww----OOOOuuuuttttfffflllloooowwww----SSSSttttoooorrrraaaaggggeeee
    • 17. HHHHyyyyddddrrrraaaauuuulllliiiicccc DDDDeeeessssiiiiggggnnnn  CCoonnccrreettee ppiippee lleennggtthh wwiitthh ssqquuaarree eeddggee:: LLeennggtthh == 114400 fftt DDiiaammeetteerr == 33 fftt  TTrraappeezzooiiddaall ccoonnccrreettee lliinneedd cchhaannnneell:: MMaannnniinngg eeqquuaattiioonn V = k/n * (A/P)2/3 * S1/2 BB == 1155 fftt ;; MMiinniimmaall ddeepptthh == 33..77 fftt;; SSiiddee ssllooppee == 11VV:: 22HH;; SSllooppee == ..000033 FFoorr ppeeaakk oouuttffllooww:: FFrroouuddee nnuummbbeerr == 00..9966 ((ssuubbccrriittiiccaall ccoonnddiittiioonn)) FFllooww vveelloocciittyy == 55..5588 fftt//sseecc
    • 18. SSSSllllooooppppeeee SSSSttttaaaabbbbiiiilllliiiittttyyyy AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss DDeessiiggnn ooff EEmmbbaannkkmmeenntt::  HHeeiigghhtt ooff eemmbbaannkkmmeenntt:: Height = depthof water + freeboard z =15 ft  CCrreesstt wwiiddtthh:: w = z + 10 = 13 ft 5 w =15 ft Cross-section A-A
    • 19. SSSSllllooooppppeeee SSSSttttaaaabbbbiiiilllliiiittttyyyy AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss  SSTTAABBLL ccoommppuutteerr pprrooggrraamm:: 22DD lliimmiittiinngg eeqquuiilliibbrriiuumm mmeetthhooddss ffoorr tthhee ssttaabbiilliittyy aannaallyyssiiss  BBiisshhoopp mmeetthhoodd:: AApppplliiccaabbllee ttoo cciirrccuullaarr ffaaiilluurree ssuurrffaaccee  JJaannbbuu mmeetthhoodd AA mmeetthhoodd ooff sslliicceess aapppplliiccaabbllee ttoo cciirrccuullaarr aanndd nnoonncciirrccuullaarr ffaaiilluurree ssuurrffaacceess  MMoosstt ccrriittiiccaall ssuurrffaaccee aanndd tthheeiirr ccoorrrreessppoonnddiinngg ffaaccttoorr ooff ssaaffeettyy
    • 20. Design component SSSSllllooooppppeeee SSSSttttaaaabbbbiiiilllliiiittttyyyy AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss Table 2 Soil properties of dam Soil type Wet unit wt (lb/ft3) Sat. unit wt (lb/ft3) Cohesive intercept (psf) Friction angle (deg) Foundation GC 116 135 1000 32 Core ML-Cl 110 120 700 20 Shell GM 108 127 800 33 Table: Seven cases of slope stability analysis Case Description Operating condition Safety Factor I Wide core Normal 7.72 II Wide core Rapid drawdown 4.61 III Buttress 3:1 Rapid drawdown 4.49 IV Narrow core Rapid drawdown 4.88 V Buttress 3.5:1 Rapid drawdown 4.64 VI Buttress 4:1 Rapid drawdown 4.81 VII Downstream slope for case II Steady seepage 4.07
    • 21. SSSSllllooooppppeeee SSSSttttaaaabbbbiiiilllliiiittttyyyy AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss CCaassee IIVV:: NNaarrrrooww ccoorree iinn rraappiidd ddrraawwddoowwnn ccoonnddiittiioonn Crest width: 15 ft Height: 15 ft Width: 90 ft Shell: Upstream slope: 3:1 Downstream slope: 2:1 Core: Upstream slope: 1: 1 Downstream slope: 1:1 Factor of safety = 4.88
    • 22. SSSSllllooooppppeeee SSSSttttaaaabbbbiiiilllliiiittttyyyy AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss SSllooppee ssttaabbiilliittyy aannaallyyssiiss ooff ddoowwnnssttrreeaamm ssllooppee ffoorr ccaassee IIVV:: Factor of safety =4.069 with most critical failure surface from Janbu method
    • 23. SSSSllllooooppppeeee SSSSttttaaaabbbbiiiilllliiiittttyyyy AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss DDeettaaiillss ooff tthhee eemmbbaannkkmmeenntt ddeessiiggnn:: Core: ML-CL Shell: GC Shell: GC
    • 24. SSSSeeeeeeeeppppaaaaggggeeee AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss • Flow q=1.70 ft3/day/ft • Velocity = 2.43*10-6 ft/s • Check for piping: i=.91 and icritical=1.04 i 29. SSSSeeeettttttttlllleeeemmmmeeeennnntttt L/B > 10: Strip footing
    • 30. SSSSeeeettttttttlllleeeemmmmeeeennnntttt MMeetthhoodd UUnnssaattuurraatteedd  Timoshenko-Goodier method: Inclination in the top of dam = 0.0002 mm  Consolidation time: Cv = 0.000101 cm2/sec Time required for completion 93% of the maximum settlement is to be 8927 years ((mmmm)) SSaattuurraatteedd ((mmmm)) Schmermann 32.2 39.9 Timoshenko-Goodier Center: 80.6 Center: 94.9 Corner: 41.8 Corner: 49.2  Estimation of settlement:
    • 31. EEEEmmmmbbbbaaaannnnkkkkmmmmeeeennnntttt MMMMaaaatttteeeerrrriiiiaaaallllssss  Shell: GC ~ TE  Core: CL-ML ~ Bj  Soil found within 10 miles Soil Group Permeability USCS Bj Very slow CL, ML, SM, SC TE Moderate GM, GP, GC
    • 32. CCCCoooosssstttt AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss Dam Construction: Cost Rate Amount Cost Earthwork $9.00 per yd3 670 $6,030.00 Fill - Impervious Material $7.50 per ton 83000 $622,500.00 Fill - Gravelly Sand $7.50 per ton 73140 $548,550.00 Pre-Cast 36" Concrete Pipe $36.00 per foot 140 $5,040.00 Concrete In Place $160.00 per yd3 130.5 $20,880.00 Trash Rack (assuming Square) $15.00 per ft3 64 $960.00 Reinforcing Steel $562.00 per short ton 1.5 $843.00 Roller $600.00 per day 90 $54,000.00 Scraper $1,000.00 per day 90 $90,000.00 Machine operation $25.00 per hr 1440 $36,000.00 Human Labor $12.00 per hr 1 Year $345,600.00 Erosion Control $20.00 per linear foot 2000 $40,000.00 Overhead Costs $15,000.00 1 $15,000.00 Total $1,785,403.00
    • 33. CCCCoooonnnncccclllluuuussssiiiioooonnnnssss  AAvveerraaggee CCNN rraannggeess ffrroomm 662-- 8888  FFrroomm HHEECC--HHMMSS,, ppeeaakk ffllooww wwaass eessttiimmaatteedd aass 991188..3366 ccffss ((aafftteerr 1133..55 hhoouurrss)) ffoorr 110000 yyeeaarrss ssttoorrmm  MMaaxx.. wwaatteerr ddeepptthh wwiitthhoouutt oouuttffllooww iiss 1144..55 fftt aanndd wwiitthh oouuttffllooww iiss 1111..99 fftt  OOuuttlleett ppiippee lleennggtthh iiss eessttiimmaatteedd aass 114400 fftt aanndd ddiiaammeetteerr iiss 33 fftt..  TTrraappeezzooiiddaall ccoonnccrreettee lliinneedd cchhaannnneell ppaarraammeetteerr aarree eessttiimmaatteedd  DDaamm ggeeoommeettrryy wwaass ccaallccuullaatteedd aanndd eevvaalluuaatteedd  CCoonnssttrruuccttiioonn wwaass ffoouunndd ttoo bbee $$11,,778855,,440033..0000  TThhee eexxiissttiinngg ddaamm iiss ffoouunndd ttoo bbee aaddeeqquuaattee
    • 34. FFFFuuuuttttuuuurrrreeee wwwwoooorrrrkkkkssss  MMoonniittoorriinngg ssyysstteemm ddeessiiggnn  SSppiillllwwaayy ddeessiiggnn
    • 35. RRRReeeeffffeeeerrrreeeennnncccceeeessss Bulloch Jr., H.E. & R.E. Neher (1980). Soil Survey of Dona Ana County Area New Mexico. United States Department of Agriculture, Soil Conservation Service City-data.com. Las Cruces: Geography and Climate. [Online] Available: http://www.city-data.com/us-cities/The-West/Las-Cruces-Geography-(Visited on 4/7/2008) USDA (1986). TR 55: Urban Hydrology for Small Watersheds. United States Department of Agriculture – Soil Conservation Service, pp. 2-1 and 2-8
    View More