Civil Engineering

UPSC Civil Engineering 2022 — Paper II

All 8 questions from UPSC Civil Services Mains Civil Engineering 2022 Paper II (400 marks total). Every stem reproduced in full, with directive-word analysis, marks, word limits, and answer-approach pointers.

8Questions
400Total marks
2022Year
Paper IIPaper

Topics covered

Concrete deterioration, brick masonry, pavement design, railway gradient, plane table surveying (1)Equipment economics, flexible pavement design, spot speed study (1)Highway engineering, surveying, and project management (1)Railway engineering and building construction materials (1)Hydrology, groundwater, irrigation, water quality, and wastewater analysis (1)Unit hydrograph, sewerage systems, and wastewater treatment design (1)sludge digestion, sand filter, flow mass curve, dam failure (1)Irrigation, regime theory, leachate, EIA (1)

A

Q1
50M Compulsory design Concrete deterioration, brick masonry, pavement design, railway gradient, plane table surveying

(a) (i) Briefly explain the deterioration of concrete caused by leaching action, and (ii) chemical interaction. (10 marks) (b) What are the general precautions to be observed while constructing a brick masonry work? Briefly explain with the help of neat sketches where possible. (10 marks) (c) A cement concrete pavement of thickness 20 cm, has two lanes of 7·2 m with a longitudinal joint. Design the tie bar. Assume allowable working stress in tension for steel as 1400 kg/cm² and bond strength with concrete as 18 kg/cm². (10 marks) (d) What would be the gradient for a M.G. track when a grade resistance together with curve resistance due to a curve of 6° shall be equal to the resistance due to ruling gradient of 1 in 200? (10 marks) (e) What do you understand by orientation of Plane table? Discuss various methods of orienting the Plane table. (10 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) (i) निषालन क्रिया, तथा (ii) रासायनिक अन्तःक्रिया के द्वारा कंक्रीट के अवक्षय की संक्षेप में व्याख्या कीजिए। (10 अंक) (b) एक ईंट चिनाई कार्य का निर्माण करते समय क्या सामान्य सावधानियाँ बरती जाती हैं? जहाँ सम्भव हो स्वच्छ रेखाचित्रों की सहायता से संक्षेप में व्याख्या कीजिए। (10 अंक) (c) एक 20 cm मोटी सीमेंट कंक्रीट कुशिम में अनुदैर्ध्य जोड़ के साथ 7·2 m की दो लेन हैं। बंधन छड़ का अभिकल्पन कीजिए। इस्पात के लिए तनन में अनुज्ञेय कार्यकारी प्रतिबल 1400 kg/cm² और कंक्रीट के साथ बंधन सामर्थ्य 18 kg/cm² मान लीजिए। (10 अंक) (d) एक एम.जी. रेलपथ के लिए प्रवणता क्या होगी यदि 6° के वक्र के कारण वक्र प्रतिरोध के साथ प्रवणता प्रतिरोध, 200 में 1 की नियंत्रक प्रवणता के कारण प्रतिरोध के बराबर हो? (10 अंक) (e) प्लेन टेबल के अभिविन्यास से आप क्या समझते हैं? प्लेन टेबल के अभिविन्यास करने की विभिन्न विधियों की विवेचना कीजिए। (10 अंक)

Answer approach & key points

(a) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close Full marks: All parts with complete method, units, checks, and relevant code references.

  • Define leaching action (dissolution of Ca(OH)2)
  • Explain chemical interaction (sulfate/acid attack)
  • Link mechanism to loss of strength/durability
  • Distinguish between the two mechanisms
  • List precautions (e.g., soaking bricks, mortar consistency)
  • Explain importance of each precaution
  • Provide neat sketches of masonry joints
  • Mention curing and alignment checks
  • State given data (thickness, lane width, stress, bond)
  • Apply formula for tie bar area/spacing
  • Calculate required area or spacing
  • Check against permissible limits
  • State given data (curve angle, ruling gradient)
  • Calculate curve resistance for 6° curve
  • Determine grade resistance component
  • Calculate final gradient
  • Define orientation of Plane table
  • Explain 3-4 methods (e.g., north arrow, magnetic)
  • Describe procedure for each method
  • Mention accuracy and limitations
Q2
50M solve Equipment economics, flexible pavement design, spot speed study

(a) A construction company is planning to purchase an excavation equipment for operating a borrow soil pit that will last 5 years. The soil can be excavated by equipment 'A' or equipment 'B'. Equipment 'A' has an initial cost of ₹ 1·32 lakh and will have no salvage value at the end of the project. Equipment 'B' has an initial cost of ₹ 0·21 lakh. However, to provide the same capacity, 2 numbers of equipment 'B' are required and their operating cost per year together (for 2 numbers of equipment 'B') will be ₹ 0·18 lakh more than the equipment 'A'. Normal service life for equipment 'B' is 3 years with zero salvage value but a 2-year-old equipment 'B' can likely be sold for ₹ 0·05 lakh. If the interest rate is 15%, which equipment (equipment 'A' or 2 numbers of equipment 'B') should be preferred to purchase from the present worth point of view? The estimated salvage value for equipment 'B' must be included as a cash inflow at the end of year 5. (15 marks) (b) Design a flexible pavement for a two-lane undivided carriageway using the following data: Subgrade CBR value = 8%, Lane distribution factor = 0·5, Design Life = 15 years, Planning and Construction period = 1·5 years. Present commercial traffic is as under: Bus (Gross Wt. 15T, 200 vehicles/day, Front Axle – Single, Rear Axle – Dual, Growth Rate 4%), Truck (Gross Wt. 20T, 1512 vehicles/day, Front Axle – Single, Rear Axle – Tandem, Growth Rate 8%). As per IRC 37, 2018 the following pavement composition is desired for CBR of 8% subgrade corresponding to different Design traffic: Design traffic (msa): BC / DBM / WMM / GSB (mm) — 5: 30/50/250/150, 10: 30/60/250/200, 20: 30/90/250/200, 30: 40/95/250/200, 40: 40/105/250/200, 50: 40/115/250/200. (20 marks) (c) The following data were obtained from the spot speed study carried out at a city road. Suggest (i) Speed limit for regulation, (ii) Speed to check geometric design elements, (iii) Lower speed group causing congestion. Speed range (km/h): number of vehicles — 0–10: 0, 10–20: 11, 20–30: 30, 30–40: 105, 40–50: 233, 50–60: 216, 60–65: 68, 65–70: 24, 70–75: 10, >75: 6. (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) एक निर्माण कम्पनी एक मिट्टी खदान के प्रचालन के लिए एक खुदाई उपकरण के क्रय की योजना बना रही है जो 5 वर्ष तक रहेगा। मिट्टी उपकरण 'A' या उपकरण 'B' के द्वारा खोदी जा सकती है। उपकरण 'A' की प्रारंभिक लागत ₹ 1·32 लाख है तथा परियोजना के अंत में निस्तारण मूल्य कुछ भी नहीं होगा। उपकरण 'B' की प्रारंभिक लागत ₹ 0·21 लाख है। यद्यपि समान क्षमता के लिए 'B' के दो उपकरणों की आवश्यकता होगी तथा उन दोनों की प्रचालन लागत प्रति वर्ष ('B' के दो उपकरण) उपकरण 'A' से ₹ 0·18 लाख अधिक होगी। उपकरण 'B' की सामान्य सेवा आयु 3 वर्ष है और निस्तारण मान शून्य है लेकिन एक 2 वर्ष पुराना उपकरण 'B' ₹ 0·05 लाख में विक्रय किया जा सकता है। यदि ब्याज दर 15% है, तो कौन-से उपकरण को (उपकरण 'A' या 2 संख्या में उपकरण 'B') वर्तमान मूल्य के दृष्टिकोण से क्रय करने हेतु वरीयता देनी चाहिए? उपकरण 'B' का अनुमानित निस्तारण मूल्य 5 वर्ष के अंत में नकदी अंतवाह के रूप में शामिल किया जाना चाहिए। (15 अंक) (b) निम्नलिखित आँकड़ों का उपयोग करते हुए एक अविभाजित दो-लेन मार्ग के लिए एक नम्य कुशिंग का अभिकल्पन कीजिए: सबग्रेड का सी.बी.आर. मान = 8%, लेन वितरण गुणक = 0·5, अभिकल्पन आयु = 15 वर्ष, परिकल्पन तथा निर्माण अवधि = 1·5 वर्ष। वर्तमान व्यावसायिक ट्रैफिक निम्न प्रकार है: बस (सकल भार 15T, 200 वाहन प्रतिदिन, अग्र धुरी – एकल, पश्च धुरी – दोहरी, वृद्धि दर 4%), ट्रक (सकल भार 20T, 1512 वाहन प्रतिदिन, अग्र धुरी – एकल, पश्च धुरी – अग्रपश्च (टैन्डम), वृद्धि दर 8%)। IRC 37, 2018 के अनुसार, सबग्रेड 8% के लिए विभिन्न अभिकल्पित ट्रैफिक के अनुसार निम्नलिखित कुंडिम संयोजन अपेक्षित है: [सारणी दिखाते हुए अभिकल्पित ट्रैफिक (एम.एस.ए.) बनाम परतें]। (15 अंक) (c) एक शहर की सड़क पर किए गए स्थानिक गति अध्ययन से निम्नलिखित आँकड़े प्राप्त किए गए। सुझाइए (i) नियमन के लिए गति सीमा, (ii) ज्यामितीय अभिकल्प घटकों की जाँच के लिए गति, (iii) संकुलन करने वाले निम्न गति समूह। [सारणी दिखाते हुए गति परास (km/hr) बनाम वाहनों की संख्या]। (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: Present Worth Analysis (Engineering Economics). (a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Precise calculations with correct factors, clear logic for equipment selection, accurate MSA derivation, and correct percentile identification.

  • Calculate PW of Equipment A (Cost 1.32L, 5 yrs, 0 salvage)
  • Calculate PW of 2x Equipment B (Cost 0.42L, 3-yr life, 0.05L salvage)
  • Account for B's replacement cycle and operating cost differential (0.18L/yr)
  • Compare final PW values to select the lower cost option
  • Calculate Design Traffic (MSA) using growth rates (4% bus, 8% truck)
  • Apply Lane Distribution Factor (0.5) and Planning Period (1.5 yrs)
  • Determine Equivalent Axle Loads (EAL) for Bus and Truck
  • Select pavement layer thicknesses from the provided IRC 37 table
  • 85th percentile speed (≈ 60 km/h) as the regulatory speed limit
  • 98th percentile speed (≈ 71 km/h) for checking geometric design elements
  • 15th percentile speed (≈ 36 km/h) as the lower speed group causing congestion
  • Show cumulative frequency calculation for each percentile
Q3
50M design Highway engineering, surveying, and project management

(a) A two-lane State Highway in plain terrain, with cutting section having camber of 2·0%, negotiates a curve of radius 480 m. Design superelevation and explain the process of attaining designed superelevation with the help of neat sketches. 15 marks (b) (i) The following consecutive readings were observed, on a continuously sloping ground, with the help of a 4·0 m staff and a dumpy level. If the reduced level of first point is 99·000 m, calculate the level of last point by entering the readings in level book. Also apply the usual checks. 10 marks 3·815, 2·500, 1·335, 2·980 and 0·800 m (ii) The maximum quantity of water to be discharged by the side drains on both sides of a highway section is 1·8 m³/s. Design rectangular side drains for the following conditions. Both drains carry equal discharge. Maximum permissible velocity of flow = 0·8 m/s Roughness coefficient = 0·03 10 marks (c) The project of constructing a small road in a rural area consists of various activities as given in the table below. The time (in weeks) and cost (₹ in lakh) required for completion of each activity is also given. | Activity | Normal Time (Weeks) | Normal Cost (₹ in lakh) | |----------|---------------------|-------------------------| | 1-3 | 9 | 90 | | 1-2 | 12 | 180 | | 2-3 | 18 | 210 | | 3-4 | 20 | 360 | The construction of road started from 1st January. The project was reviewed after 13 weeks and the following conditions were observed: (i) Activities 1 – 2 and 1 – 3 are completed as originally planned. (ii) Activity 2 – 3 is in process and will require 19 more weeks to complete. (iii) Activity 3 – 4 has not started. Based on the above review after 13 weeks, formulate a new project including all activities. Will the project be completed by 15th August of the same year? If the project is to be completed in 49 weeks, determine how much activity 3 – 4 is to be crashed and what will be the increase in project cost? Assume crash cost for activity 3 – 4 is ₹ 450 lakh and crash time is 17 weeks. 15 marks

हिंदी में पढ़ें

(a) मैदानी भू-भाग में एक दो-लेन का राज्य महामार्ग, कटाई परिछेद में 2·0% कैम्बर के साथ एक 480 m त्रिज्या के वक्र को संचरित करता है । बाह्योथान को अभिकल्पित कीजिए तथा स्वच्छ रेखाचित्रों की सहायता से अभिकल्पित बाह्योथान को प्राप्त करने की प्रक्रिया की व्याख्या कीजिए । 15 अंक (b) (i) एक डम्पी लेवल और 4·0 m स्टाफ की सहायता से निम्नलिखित क्रमिक पाठ्यांक एक सतत ढालु जमीन पर प्राप्त किए गए । यदि प्रथम बिंदु का समानित तल (आर.एल.) 99·000 m है, तो लेवल बुक में पाठ्यांकों की प्रविष्टि करते हुए अंतिम बिंदु के समानित तल की गणना कीजिए । सामान्य जाँचों का भी प्रयोग कीजिए । 10 अंक 3·815, 2·500, 1·335, 2·980 तथा 0·800 m (ii) एक महामार्ग परिछेद के दोनों तरफ पार्श्व नालियों से निस्सारित किए जाने वाले पानी की अधिकतम मात्रा 1·8 m³/s है । निम्नलिखित परिस्थितियों के लिए आयताकार पार्श्व नालियों का अभिकल्पन कीजिए । दोनों नालियों का निस्सरण समान है । प्रवाह का अधिकतम अनुज्ञेय वेग = 0·8 m/s रुक्षता गुणांक = 0·03 10 अंक (c) ग्रामीण क्षेत्र में एक छोटी सड़क निर्माण की परियोजना के लिए विभिन्न क्रियाएं नीचे दी गई तालिका में दी गई हैं । प्रत्येक क्रिया को पूरा करने के लिए आवश्यक समय (सप्ताह में) तथा लागत (₹ लाख में) भी दी गई है । | क्रिया | सामान्य समय (सप्ताह) | सामान्य लागत (₹ लाख में) | |--------|----------------------|---------------------------| | 1-3 | 9 | 90 | | 1-2 | 12 | 180 | | 2-3 | 18 | 210 | | 3-4 | 20 | 360 | सड़क निर्माण 1 जनवरी से प्रारंभ हुआ । 13 सप्ताह बाद परियोजना की समीक्षा की गई तथा निम्नलिखित परिस्थितियाँ प्रेक्षित की गईं : (i) क्रियाएं 1-2 तथा 1-3 पूर्ण हो गईं, जैसे मूल-रूप में आयोजित थीं । (ii) क्रिया 2-3 प्रक्रिया में है और पूर्ण होने के लिए 19 सप्ताह और आवश्यक हैं । (iii) क्रिया 3-4 प्रारंभ नहीं हुई है । 13 सप्ताह के बाद उपर्युक्त समीक्षा के आधार पर, सभी क्रियाओं को शामिल करते हुए एक नई परियोजना बनाइए । क्या परियोजना उसी वर्ष के 15 अगस्त तक पूरी हो जाएगी ? यदि परियोजना को 49 सप्ताह में पूरा करना है, तो निर्धारित कीजिए कि क्रिया 3-4 को कितना क्रैश किया जाना है तथा परियोजना लागत में कितनी वृद्धि होगी ? क्रिया 3-4 के लिए क्रैश लागत ₹ 450 लाख तथा क्रैश समय 17 सप्ताह मान लीजिए । 15 अंक

Answer approach & key points

Framework: Civil Engineering Paper 2: Design/Analysis/Calculation. (a) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) analyse: intro > causes > effects > stakeholders/linkages > way forward Full marks: Complete calculations with code references, neat sketches, and all checks applied

  • Calculate superelevation using IRC formula
  • Transition length as the largest of the centrifugal-acceleration, superelevation-rate and empirical criteria (≈ 98 m, provide 100 m)
  • Describe transition from normal to full superelevation
  • Provide neat sketches of transition
  • Enter readings in level book format
  • Calculate intermediate levels correctly
  • Apply arithmetic checks on readings
  • State final reduced level with units
  • Apply Manning's equation for design
  • Calculate required cross-sectional area
  • Determine hydraulic radius and slope
  • Verify velocity within 0.8 m/s limit
  • Update activity times after 13 weeks
  • Calculate new project duration
  • Determine crash amount for activity 3-4
  • Calculate cost increase for crashing
Q4
50M solve Railway engineering and building construction materials

(a) In a layout of B.G. Yard, an 8° curve branches off from a 4° main curve in an opposite direction. If speed is restricted to 28·90 km/hr and permissible value of cant deficiency is 7·61 cm, determine the speed restriction on the main line. 15 marks (b) (i) Differentiate between overburnt and underburnt bricks. Why are these bricks not recommended for construction works? 5 marks (ii) List the general factors governing the selection of stone for construction purposes. What considerations would guide in selecting stone for the following use: (I) Face work of a building, and (II) Buildings facing the sea? 10 marks (c) (i) Sketch a cross-section of a masonry wall and show coping, cornice, lintel, jamb and parapet wall in the sketch. Also briefly explain the use of the above parts of a building. 10 marks (ii) Explain the terms eaves, eaves board, common rafters and tie beam with the help of a sketch of cross-section of a slopy roof. Also explain the purpose of tie beam. 10 marks

हिंदी में पढ़ें

(a) एक बी.जी. यार्ड के अभिन्यास में, एक 8° वक्र एक 4° मुख्य वक्र से विपरीत दिशा में पथांतरित होता है । यदि गति 28·90 km/hr तक प्रतिबंधित है और कैंट न्यूनता का अनुज्ञेय मान 7·61 cm है, तो मुख्य लाइन पर गति प्रतिबंध निर्धारित कीजिए । 15 अंक (b) (i) चटका ईंट तथा अधजली ईंट में विभेदीकरण कीजिए । निर्माण कार्यों के लिए इन ईंटों को क्यों अनुशंसित नहीं किया जाता है ? 5 अंक (ii) निर्माण उद्देश्यों के लिए पत्थर के चयन को प्रभावित करने वाले सामान्य कारकों की सूची बनाइए । निम्नलिखित उपयोग के लिए पत्थर के चयन हेतु कौन-से विचार मार्गदर्शित करेंगे : (I) एक भवन के अग्रभाग कार्य, तथा (II) समुद्र के सम्मुख भवन ? 10 अंक (c) (i) एक चिनाई की दीवार के अनुप्रस्थ-पारिच्छेद का रेखांकन कीजिए और उस रेखाचित्र में कोपिंग, कॉर्निस, लिंटेल, जैम्ब तथा पैरापेट भित्ति प्रदर्शित कीजिए । एक भवन के उपर्युक्त भागों के उपयोग की संक्षेप में व्याख्या भी कीजिए । 10 अंक (ii) एक ढालू छत के अनुप्रस्थ-पारिच्छेद के रेखाचित्र की सहायता से ईव्स, ईव्स बोर्ड, कॉमन राफ्टर्स और बंधक धरन (टाई बीम) पदों की व्याख्या कीजिए । बंधक धरन के उद्देश्य की भी व्याख्या कीजिए । 10 अंक

Answer approach & key points

(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion | (b(ii)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (c(i)) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c(ii)) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance Full marks: Complete working with all steps, units, and checks; neat labelled sketches; specific code references; clear explanations of all components.

  • State given data: 8° branch, 4° main, 28.90 km/hr, 7.61 cm CD
  • Equilibrium cant on the branch e_b = GV²/127R_b, and negative cant on the main line = permissible cant deficiency − e_b
  • Radii from degree of curve, R = 1750/D (218.75 m and 437.5 m)
  • Main-line equilibrium cant = actual cant + cant deficiency (≈ 9.96 cm), giving V ≈ 56 km/h, restricted to 55 km/h
  • Define overburnt bricks with key characteristics
  • Define underburnt bricks with key characteristics
  • State why overburnt bricks are unsuitable for construction
  • State why underburnt bricks are unsuitable for construction
  • List general factors: strength, durability, cost, availability
  • State considerations for face work: appearance, finish, weathering
  • State considerations for sea-facing: salt resistance, porosity
  • Mention specific stone types suitable for each use
  • Draw labelled cross-section of masonry wall
  • Clearly mark coping, cornice, lintel, jamb, parapet
  • Explain function of each marked component
  • Show relative positions of components in wall
  • Draw cross-section of slopy roof with labels
  • Define eaves, eaves board, common rafters, tie beam
  • Explain purpose of tie beam specifically
  • Show structural relationship between components

B

Q5
50M Compulsory solve Hydrology, groundwater, irrigation, water quality, and wastewater analysis

(a) A catchment has six rain gauge stations. In a year, the annual rainfall recorded by the rain gauges are as follows: | Station | A | B | C | D | E | F | |---------|---|---|---|---|---|---| | Rainfall (cm) | 90 | 100 | 200 | 130 | 120 | 150 | Determine: (i) The standard error in the estimation of mean rainfall in the existing set of rain gauges. (ii) Optimum number of rain gauges in the catchment for 22% error and 5% error. (10 marks) (b) In a confined aquifer whose thickness is 40 m, a well is fully penetrated. Under steady state condition, it is pumped with a constant discharge of 0·04 m³/s. The drawdowns observed at two wells located at 20 m and 200 m from the well are 3·5 m and 0·5 m respectively. Determine the transmissibility and permeability of the aquifer. (10 marks) (c) With the help of a neat sketch, explain the effect of frequency of irrigation on average moisture content, field capacity and permanent wilting point. During a particular stage of crop growth, consumptive use of water is 3 mm/day. Determine frequency of irrigation and depth of water to be applied if the amount of water available in the soil is 50% and root zone depth is 100 mm. Assume irrigation efficiency to be 80%. (10 marks) (d) Determine the UBOD and BOD₅ (in mg/L) of a mixture of 100 mg/L glutamic acid (C₅H₁₀N₂O₃) and 100 mg/L glucose (C₆H₁₂O₆). Assume the value of the BOD₅ first order reaction rate constant as 0·23/d (base 'e'). (10 marks) (e) A multiple tube fermentation test of a river water sample gives the following results: | Serial dilution | 1·0 | 0·1 | 0·01 | 0·001 | 0·0001 | |-----------------|-----|-----|------|-------|--------| | Number of positives | 5 | 5 | 3 | 2 | 0 | The standard values for MPN or coliforms per 100 mL of sample are given below: Number of positive tubes | 10 mL | 1 mL | 0·1 mL | MPN | |-------|------|--------|-----| | 5 | 5 | 3 | 920 | | 5 | 3 | 2 | 140 | | 3 | 2 | 0 | 14 | What is the MPN for the river water sample? (10 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) एक आवाह (जल-ग्रहण) क्षेत्र में छः वर्षामापी स्टेशन हैं । एक वर्ष में, वर्षामापियों द्वारा अंकित वार्षिक वृष्टिपात निम्नानुसार है : | स्टेशन | A | B | C | D | E | F | |--------|---|---|---|---|---|---| | वृष्टिपात (सेमी) | 90 | 100 | 200 | 130 | 120 | 150 | निर्धारित कीजिए : (i) वर्षामापियों के वर्तमान समूह के लिए औसत वृष्टिपात के आकलन में मानक त्रुटि । (ii) 22% त्रुटि तथा 5% त्रुटि के लिए आवाह (जल-ग्रहण) क्षेत्र में वर्षामापियों की इष्टतम संख्या । (10 अंक) (b) एक 40 m मोटाई के परिबद्ध जलवाही स्तर को एक कूप पूर्णतया बेधता है । स्थायी दशा अवस्था में, इसमें से 0·04 m³/s का नियत निस्सरण पंप किया जाता है । इस कूप से 20 m तथा 200 m दूरी पर स्थित दो कूपों में क्रमशः 3·5 m तथा 0·5 m का अपकर्ष प्रेक्षित किया जाता है । जलवाही स्तर की पारगमन क्षमता तथा पारगम्यता ज्ञात कीजिए । (10 अंक) (c) एक स्वच्छ रेखाचित्र की सहायता से औसत जलांश, क्षेत्र क्षमता और स्थायी म्लानी बिंदु (विल्टिंग पॉइंट) पर सिंचाई की आवृत्ति के प्रभाव की व्याख्या कीजिए । फसल वृद्धि की एक विशेष अवस्था के दौरान, पानी का उपभुक्त उपयोग 3 मिमी/दिन है । सिंचाई आवृत्ति तथा प्रयोग की जाने वाली पानी की गहराई ज्ञात कीजिए यदि मृदा में पानी की उपलब्ध मात्रा 50% है तथा मूल क्षेत्र गहराई 100 mm है । सिंचाई दक्षता को 80% मान लीजिए । (10 अंक) (d) एक 100 mg/L ग्लूटेमिक एसिड (C₅H₁₀N₂O₃) तथा 100 mg/L ग्लूकोस (C₆H₁₂O₆) के मिश्रण की UBOD तथा BOD₅ (mg/L में) ज्ञात कीजिए । BOD₅ प्रथम कोटि अभिक्रिया दर नियतांक के मान को 0·23/d (आधार 'e') मान लीजिए । (10 अंक) (e) एक नदी के जल के नमूने पर बहु-नली किंवन परीक्षण से निम्नलिखित परिणाम प्राप्त हुए : | क्रमिक तनुकरण | 1·0 | 0·1 | 0·01 | 0·001 | 0·0001 | |---|---|---|---|---|---| | धनात्मकों की संख्या | 5 | 5 | 3 | 2 | 0 | नमूने के लिए एम.पी.एन. अथवा कोलीफॉर्म प्रति 100 mL के मानक मान नीचे दिए गए हैं : | धनात्मक नलियों की संख्या | | | | |---|---|---|---| | 10 mL | 1 mL | 0·1 mL | एम.पी.एन | | 5 | 5 | 3 | 920 | | 5 | 3 | 2 | 140 | | 3 | 2 | 0 | 14 | नदी के जल के नमूने का एम.पी.एन. क्या है ? (10 अंक)

Answer approach & key points

(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts solved with correct formulas, units, and clear steps; sketches where required.

  • Mean rainfall 131.67 cm
  • Sample standard deviation (n − 1) ≈ 39.71 cm
  • Cv ≈ 30.16 % and standard error of the mean = Cv/√n ≈ 12.3 % (16.2 cm)
  • N = (Cv/ε)²: about 2 gauges for 22 % and 37 gauges for 5 %
  • Use Thiem equation for confined aquifer
  • Substitute Q, r1, r2, s1, s2 correctly
  • Calculate Transmissibility (T) in m²/s
  • Calculate Permeability (k) using T = k * b
  • Calculate available water in root zone
  • Determine irrigation frequency (days)
  • Calculate net depth of water required
  • Calculate gross depth using irrigation efficiency
  • Calculate theoretical oxygen demand for each compound
  • Sum UBOD for the mixture
  • Apply first-order reaction formula for BOD5
  • Use k = 0.23/d (base e) in calculation
  • Select the three dilutions 0.1, 0.01, 0.001 (positives 5-3-2)
  • Read MPN 140 for 5-3-2 from the 10/1/0.1 mL table
  • Scale by 10/0.1 = 100 for the smaller sample volumes
  • MPN = 14 000 per 100 mL
Q6
50M derive Unit hydrograph, sewerage systems, and wastewater treatment design

(a) (i) Define unit hydrograph. Explain two basic assumptions made in the derivation of a unit hydrograph. What are the applications and limitations of unit hydrograph? (10 marks) (ii) Given the ordinates of a 4 hr unit hydrograph as below, derive the ordinates of a 12 hr unit hydrograph by using the method of superposition. | Time (h) | Ordinate of 4 hr UH (m³/s) | |----------|---------------------------| | 0 | 0 | | 4 | 30 | | 8 | 120 | | 12 | 200 | | 16 | 250 | | 20 | 210 | | 24 | 130 | | 28 | 75 | | 32 | 50 | | 36 | 20 | | 40 | 10 | | 44 | 0 | (Only derive the ordinates. Do not plot the graph.) (10 marks) (b) (i) Considering the Indian conditions, is a separate system of sewerage a better choice than the combined system? Justify your answer. (10 marks) (ii) What is break point chlorination test? Why is it needed? (5 marks) (c) A city of 1 lakh population is supplied 150 lpcd of water. Assuming 80% of this emerging as wastewater, calculate the volume of a secondary reactor. The influent to the reactor has a BOD₅ of 150 mg/L. It is desired to have an effluent BOD₅ of 5 mg/L, an MLVSS of 3000 mg/L and an underflow concentration of 10,000 mg/L. Use the following constants: Y = 0·5 kg MLVSS/kg BOD₅ kₐ = 0·05 per day Take MCRT of 10 days and HRT of 4 hours. What is the volume and mass flow of sludge waste per day? (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) (i) एकांक जलालेख को परिभाषित कीजिए । एक एकांक जलालेख की व्युत्पत्ति में ली गई दो मूलभूत अभिधारणाओं की व्याख्या कीजिए । एकांक जलालेख के अनुप्रयोग तथा परिसीमाएं क्या हैं ? (10 अंक) (ii) एक 4 घंटे के एकांक जलालेख की कोटियाँ नीचे दी गई हैं । अध्यारोपण विधि का उपयोग करते हुए एक 12 घंटे के एकांक जलालेख की कोटियाँ व्युत्पन्न कीजिए । | समय (घंटे) | 4 घंटे एकांक जलालेख की कोटि (m³/s) | |-----------|----------------------------------| | 0 | 0 | | 4 | 30 | | 8 | 120 | | 12 | 200 | | 16 | 250 | | 20 | 210 | | 24 | 130 | | 28 | 75 | | 32 | 50 | | 36 | 20 | | 40 | 10 | | 44 | 0 | (केवल कोटि व्युत्पन्न कीजिए । ग्राफ आलेखित नहीं कीजिए ।) (10 अंक) (b) (i) भारतीय परिस्थितियों को ध्यान में रखते हुए, क्या वाहित मल की पृथक् पद्धति, संयुक्त पद्धति से बेहतर विकल्प है ? अपने उत्तर का औचित्य सिद्ध कीजिए । (10 अंक) (ii) क्रांतिक बिंदु क्लोरीनीकरण परीक्षण क्या है ? इसकी आवश्यकता क्यों है ? (5 अंक) (c) एक लाख जनसंख्या के शहर के लिए 150 lpcd जल प्रदान किया जाता है । यह मानते हुए कि इसका 80% अपशिष्ट जल के रूप में निकलता है, एक द्वितीयक रिएक्टर के आयतन की गणना कीजिए । रिएक्टर के अंतःश्वासी की BOD₅ 150 mg/L है । यह वांछनीय है कि बहिस्राव की BOD₅ 5 mg/L, MLVSS 3000 mg/L और अवप्रवाह सांद्रता 10,000 mg/L हो । निम्नलिखित नियतांकों का उपयोग कीजिए : Y = 0·5 kg MLVSS/kg BOD₅ kₐ = 0·05 प्रति दिन 10 दिन का एम.सी.आर.टी. और 4 घंटे का एच.आर.टी. लीजिए । प्रतिदिन अपशिष्ट अवपंक का आयतन और संचयी प्रवाह क्या है ? (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: null. (a(i)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (a(ii)) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (b(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b(ii)) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts answered with precise definitions, clear justifications, and accurate calculations with units.

  • Precise definition of unit hydrograph
  • Two basic assumptions (linearity, time invariance)
  • List of applications
  • List of limitations
  • Correct application of superposition method
  • Calculation of ordinates for 12 hr duration
  • Final table of derived ordinates
  • No graph plotting (as per instruction)
Q7
50M analyse sludge digestion, sand filter, flow mass curve, dam failure

(a) (i) Determine the volume of sludge before and after digestion and percent reduction for 500 kg of primary sludge with 5% solids, 55% volatile solids and specific gravity of 1.01. The digested sludge has 10% solids, 90% reduction in original volatile solids and specific gravity of 1.04. (10 marks) (ii) A rapid sand filter unit is to be provided for a city of 2,00,000 persons with water demand of 150 lpcd. The design loading rate to the filter is 200 m³/d.m². Determine the filter surface area for four filters. If the design loading rate is to be met with one filter out of service, what should be the surface area per filter? (10 marks) (b) Draw a Flow Mass Curve and explain how this will be useful in the estimation of the storage capacity of the reservoir for a constant demand. (15 marks) (c) Explain different modes of failure of a gravity dam with neat sketches and equations associated with different modes of failure. (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

(a) (i) 5% ठोस, 55% वाष्पशील ठोस तथा 1.01 के विशिष्ट घनत्व वाले 500 kg प्राथमिक अवक्षेप के पाचन के पहले तथा बाद में आयतन और प्रतिशत में कमी निर्धारित कीजिए। पचित अवक्षेप में 10% ठोस, मूल वाष्पशील ठोसों में 90% कमी तथा विशिष्ट घनत्व 1.04 है। (10 अंक) (ii) एक 150 lpcd जल माँग वाले 2,00,000 व्यक्तियों के शहर के लिए एक द्रुत बालू निस्पंदक इकाई प्रदान करनी है। निस्पंदक के लिए अभिकल्पन भार दर 200 m³/d.m² है। चार निस्पंदकों के लिए निस्पंदक सतह क्षेत्रफल ज्ञात कीजिए। यदि अभिकल्पन भार दर को एक निस्पंदक के कार्यरत नहीं होने की स्थिति में पूरा करना पड़े, तो प्रति निस्पंदक सतह क्षेत्रफल कितना होना चाहिए? (10 अंक) (b) एक प्रवाह संचयी वक्र खींचिए तथा व्याख्या कीजिए कि यह कैसे नियत माँग के लिए एक जलाशय की भंडारण क्षमता के आकलन के लिए उपयोगी होगा। (15 अंक) (c) स्वच्छ रेखाचित्रों की सहायता से एक भाराश्रित बाँध की विफलता के विभिन्न तरीकों की व्याख्या कीजिए तथा विफलता के विभिन्न तरीकों से संबंधित समीकरणों की व्याख्या कीजिए। (15 अंक)

Answer approach & key points

(a(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (a(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: Complete calculations with all steps shown, clear diagrams, correct equations, and practical context.

  • State given mass, solids %, and specific gravity
  • Calculate volume of sludge before digestion
  • Calculate volume of sludge after digestion
  • Calculate percent reduction in volume
  • Calculate total water demand for the city
  • Determine total filter surface area required
  • Calculate surface area per filter for four filters
  • Calculate surface area per filter with one out of service
Q8
50M critically evaluate Irrigation, regime theory, leachate, EIA

(a) (i) The Gross Command Area for a distributary is 15000 hectares, 80% of which can be irrigated. The intensity of irrigation for Rabi season is 60% and that for Kharif season is 30%. If the average duty at the head of the distributary is 2500 ha/cumec for Rabi season and 1500 ha/cumec for Kharif season, determine the discharge required at the head of the distributary. (10 marks) (ii) Explain Lacey's Regime Theory. Define Initial Regime and Final Regime. Compare the Lacey's Regime Theory with Kennedy's Theory with respect to the design of alluvial channels. (10 marks) (b) What is leachate? What problems may it create if left unmanaged in a solid waste landfill? Explain how the leachate is managed in sanitary landfills. (15 marks) (c) Explain the purpose and procedure for the following stages in EIA process : (i) Screening (ii) Scoping (iii) Public consultation (15 marks)

हिंदी में पढ़ें

प्र.8. (a) (i) एक वितरिका (डिस्ट्रीब्यूटरी) का सकल सेच्य क्षेत्र 15000 हेक्टेयर है, जिसका 80% सिंचित किया जा सकता है। सिंचाई की तीव्रता रबी मौसम के लिए 60% है तथा खरीफ मौसम के लिए 30% है। यदि वितरिका के मुख पर औसत जलाकृति रबी मौसम के लिए 2500 ha/cumec है तथा खरीफ मौसम के लिए 1500 ha/cumec है, तो वितरिका के मुख पर आवश्यक निस्सरण ज्ञात कीजिए। (10 अंक) (ii) लेसी के रिजिम सिद्धांत की व्याख्या कीजिए। प्रारंभिक रिजिम तथा अंतिम रिजिम को परिभाषित कीजिए। जलोद वाहिकाओं के अभिकल्पन के संदर्भ में लेसी के रिजिम सिद्धांत तथा कैननेडी के सिद्धांत की तुलना कीजिए। (10 अंक) (b) निश्चालक (लीचेट) क्या है? यदि एक ठोस अपशिष्ट भू-भराव में इसे अगर्भीत छोड़ दिया जाए तो यह क्या समस्याएँ पैदा कर सकता है? व्याख्या कीजिए कि स्वच्छ भू-भराव में निश्चालक को कैसे प्रबंधित किया जाता है। (15 अंक) (c) ई.आई.ई. प्रक्रिया में निम्नलिखित अवस्थाओं के उद्देश्य तथा प्रक्रिया की व्याख्या कीजिए : (i) छानना (स्क्रीनिंग) (ii) स्कोपिंग (iii) सार्वजनिक परामर्श (15 अंक)

Answer approach & key points

(a(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (a(ii)) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: Precise calculations with units; clear definitions of regimes; comprehensive comparison; detailed leachate management; distinct EIA stages with procedures.

  • Calculate CCA as 80% of 15000 ha (12000 ha)
  • Apply irrigation intensity to CCA for Rabi (60%) and Kharif (30%)
  • Use Duty formula Q = Area / Duty for both seasons
  • Identify the governing discharge (maximum of the two)
  • Define Initial Regime (bed slope/depth adjusted, width not)
  • Define Final Regime (width, depth, and slope all adjusted)
  • State Lacey's key equations (e.g., f = 1.76√mr)
  • Compare Lacey vs Kennedy (e.g., Lacey is more comprehensive)

Practice Civil Engineering 2022 Paper II answer writing

Pick any question above, write your answer, and get a detailed AI evaluation against UPSC's standard rubric.

Start free evaluation →

Write this answer and get it marked in about 20 seconds

Free account: 5 AI evaluations a month, marked against the rubric above.

Start free

Already have an account? Log in