Las Cruces is a small city located in Dona Anna county, southern New Mexico. Recently, this city is experiencing rapid population growth and infrastructural development. Physiographically, the city lies in Rio Grande valley and its eastern extension is bound by Organ mountain range. This will cause flood storm during the rainy season and pose risk to public safety and their property in a proposed area. Due to the age, lack of proper maintenance and recent significant downstream development, existing flood control dam in proposed may not be adequate. Therefore, in order to protect people and economic infrastructures, construction of a new flood control dam, named as South Dona Anna Dam, is proposed. This project is chosen for the fulfillment of requirement of CE 485 design project. The proposed dam is located in City of Las Cruces, Dona Ana County, New Mexico. The center of dam axis is located at lat 32023’28.25’’ and long 106047’55.34’’. Elevation of the area varies from 4000 ft in the southern part to 5833 ft in northern part and the annual rainfall is less than 9 inches. The catchments were found to be 185920000 square feet with 16 sub-basins/ reaches.

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<icritical ; no piping will occur

25. SSSSeeeeeeeeppppaaaaggggeeee AAAAnnnnaaaallllyyyyssssiiiissss
 Check for uplifting
umax = 916.56 lb/ft
Load (qb) due to the dam = 1113750 lb/ft
No uplift

26. SSSSeeeettttttttlllleeeemmmmeeeennnntttt:::: GGGGeeeeoooollllooooggggyyyy aaaannnndddd HHHHyyyyddddrrrrooooggggeeeeoooollllooooggggyyyy
SSoouurrcceess:: JJ..WW.. HHaawwlleeyy,, 11998844 SSoouurrcceess:: JJoohhnn SShhoommaakkeerr && AAssssoocciiaatteess IInncc..

27. SSSSeeeettttttttlllleeeemmmmeeeennnntttt
 SScchhmmeerrttmmaannnn mmeetthhoodd ((11997700))::
- Define an average settlement (at the centerline) of dam
under saturated / unsaturated soil condition
s- settlement (mm)
b - cone factor (3.5 for strip footing)
qnet - net footing pressure in kPa (applied stress minus soil pressure above
the base of footing)
Δzi - thickness of the ith layer (m)
(Ico)i –influence factor of the ith layer
qc - cone resistance taken from quasi-static cone test data (Mpa)

28. SSSSeeeettttttttlllleeeemmmmeeeennnntttt
 TTiimmoosshheennkkoo aanndd GGooooddiieerr mmeetthhoodd ((11995511))::
- Estimation of final elastic settlement at the center and corner of
footing (with the sat/unsaturated soil in dam separately)
- Can not consider saturation condition of the ground soil
 SSeettttlleemmeenntt ttiimmee ((ccoonnssoolliiddaattiioonn))::
r - settlement (m)
q - intensity of contact pressure in
units of Es (MPa)
B - least lateral dimension of footing
in units of r (m)
Iw – influence factor which depends
on shape of footing and its rigidity
Es, m - elastic properties of soil
t - time (T)
Tv - time factor
Cv - coefficient of consolidation (L2/T)
Hdr - drained length (L)

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