Civil Engineering

UPSC Civil Engineering 2025 — Paper II

All 8 questions from UPSC Civil Services Mains Civil Engineering 2025 Paper II (400 marks total). Every stem reproduced in full, with directive-word analysis, marks, word limits, and answer-approach pointers.

8Questions
400Total marks
2025Year
Paper IIPaper

Topics covered

High strength concrete, hollow blocks, highway maintenance, pavement joints, remote sensing (1)Project management, traffic signal design, railway engineering (1)Surveying, Railway Engineering and Construction Materials (1)Construction Equipment, Ferrocement and Traffic Engineering (1)Hydrology, groundwater, water and wastewater treatment (1)Hydrology, rainfall-runoff, wastewater treatment, sewer design, water treatment (1)Environmental and Irrigation Engineering (1)Hydraulic Structures and Environmental Engineering (1)

A

Q1
50M Compulsory discuss High strength concrete, hollow blocks, highway maintenance, pavement joints, remote sensing

(a) Briefly discuss why it is more advantageous to use high strength concrete for construction of high-rise buildings and large-span bridges as compared to normal strength concrete. (10 marks) (b) Briefly discuss the advantages of using hollow concrete blocks for masonry works of a building as compared to stone or brick masonry works. (10 marks) (c) Determine the total present worth of maintenance cost of a 4-lane highway using the capitalized equivalent approach. The following costs are estimated for maintenance of the above highway : (i) Periodic maintenance cost to be carried out at every five years = ₹ 2 crores (ii) Annual maintenance cost = ₹ 0.06 crore Assume the interest rate as 10% per year compounded annually. (10 marks) (d) The laying temperature during the construction of plain cement concrete pavement of slab thickness 20 cm is 15 °C and the maximum slab temperature during the summer is used to be 45 °C. If the width of expansion joint gap is 2.5 cm, calculate the spacing between the expansion and contraction joints. Assume the following data : Coefficient of thermal expansion of concrete = 12×10⁻⁶ per °C Unit weight of concrete = 2360 kg/m³ Allowable stress in cement concrete in tension = 0.8 kg/cm² Coefficient of friction of the interface = 1.5 (10 marks) (e) Explain the different types of resolutions in remote sensing with suitable examples. (10 marks)

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(a) संक्षेप में चर्चा कीजिए कि ऊँची इमारतों और बड़ी विस्तृति के पुलों के निर्माण के लिए सामान्य सामर्थ्य कंक्रीट की तुलना में उच्च सामर्थ्य कंक्रीट क्यों अधिक लाभदायक है। (10 अंक) (b) एक भवन के चिनाई कार्यों के लिए पत्थर या ईंट के चिनाई कार्यों की तुलना में खोखले कंक्रीट खंडकों (ब्लॉकों) के उपयोग के लाभों की चर्चा संक्षेप में कीजिए। (10 अंक) (c) पूँजीकृत समतुल्य प्रक्रिया का उपयोग करके एक 4-मार्गी महामार्ग के रखरखाव की लागत का सकल वर्तमान मूल्य निर्धारित कीजिए। उपर्युक्त महामार्ग के रखरखाव के लिए निम्नलिखित लागत अनुमानित की गई हैं : (i) प्रत्येक पाँच वर्ष में की जाने वाली आवधिक रखरखाव लागत = ₹ 2 करोड़ (ii) वार्षिक रखरखाव लागत = ₹ 0.06 करोड़ ब्याज दर को 10% प्रति वर्ष वार्षिक रूप से चक्रवृद्धि मान लीजिए। (10 अंक) (d) 20 cm मोटी स्लैब वाले सादा सीमेंट कंक्रीट कुशिम के निर्माण के दौरान कंक्रीट बिछाए जाने पर तापमान 15 °C है तथा गर्मियों के दौरान अधिकतम स्लैब तापमान 45 °C होता है। यदि विस्तार जोड़ के अंतराल की चौड़ाई 2.5 cm है, तो विस्तार तथा संकुचन जोड़ों के बीच की दूरी की गणना कीजिए। निम्नलिखित आँकड़ों को मान लीजिए : कंक्रीट के तापीय विस्तार का गुणांक = 12×10⁻⁶ प्रति °C कंक्रीट का एकक भार = 2360 kg/m³ सीमेंट कंक्रीट में तनन में अनुमेय प्रतिबल = 0.8 kg/cm² अंतरपृष्ठ का घर्षण गुणांक = 1.5 (10 अंक) (e) सुदूर संवेदन में विभिन्न प्रकार के विभेदनों (रिज़ॉल्यूशन) की उचित उदाहरणों सहित व्याख्या कीजिए। (10 अंक)

Answer approach & key points

(a) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close | (b) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: All parts fully answered with correct method, units, and checks; no missing components.

  • Reduced self-weight of structural members
  • Smaller cross-sections for high-rise columns
  • Increased span capacity for bridges
  • Improved durability and service life
  • Lighter weight reducing dead load
  • Faster construction speed
  • Better thermal and acoustic insulation
  • Uniformity and dimensional accuracy
Q2
50M solve Project management, traffic signal design, railway engineering

(a) A contractor intends to bid for erecting a statue at a square in an urban area. The various activities of the entire project are given below : | Activity | Activity Name | Remark | |----------|---------------|--------| | A | Make statue | Starting activity | | B | Lay foundation | Starting activity | | C | Construct platform | Follows B (starts after laying foundation) | | D | Erect statue | Finishing activity and follows A and C | The project is expected to take 18 days to complete having a variance of 4 days. Determine in how many days the contractor would expect the project to be completed with a probability of 99%. For probability of 98.93%, the corresponding normal deviate Z value is +2.3 and for probability of 99.18%, Z value is +2.4. Further, if the contractor intends to complete the project in 17 days by crashing the activities, determine how much total project cost would the contractor expect. The normal and crash duration, and associated cost are given in the table below for various activities : | Activity | Normal Activity | | Crash Activity | | |----------|-----------------|---|----------------|---| | | Duration (in days) | Cost (in ₹) | Duration (in days) | Cost (in ₹) | | A | 8 | 6,000 | 5 | 9,000 | | B | 4 | 2,000 | 3 | 4,000 | | C | 8 | 5,000 | 7 | 5,500 | | D | 6 | 3,000 | 3 | 7,500 | For the entire project, the indirect cost is ₹ 500 per day. (20 marks) (b) (i) A taxi driver was fined for crossing the traffic signal at right-angled road intersection. He claimed that the signal was faultily designed and the duration of amber light is not sufficient. Using the following data, verify the correctness of the driver's claim : Road width at intersection = 20 m Speed limit at road = 60 kmph Amber light duration = 4.0 s Comfortable deceleration = 3.0 m/s² Car length = 4.0 m Perception reaction time = 1.2 s (10 marks) (ii) Explain with sketches how the subsurface drainage system is provided to lower the water table in road. (5 marks) (c) Calculate the maximum number of wagons of weight 80 tonnes each that can be pulled by a locomotive having hauling capacity of 16 tonnes. The weight of the locomotive is 100 tonnes and the train has to run at a speed of 60 kmph on a straight level BG track. Assume rolling resistance of wagon and locomotive as 1.6 kg/tonne and 2.0 kg/tonne respectively. Also, calculate the hauling capacity of the locomotive required if the train has to climb a gradient of 1 in 150 in 1° curve. (15 marks)

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(a) एक शहरी क्षेत्र में एक चौराहे पर मूर्ति स्थापित करने के लिए एक ठेकेदार बोली लगाने का इरादा रखता है। पूरी परियोजना की विभिन्न गतिविधियाँ नीचे दी गई हैं : 4 दिनों के प्रसरण के साथ परियोजना के 18 दिनों में पूर्ण होने की अपेक्षा है। निर्धारित कीजिए कि 99% प्रायिकता के साथ परियोजना के पूर्ण होने के लिए ठेकेदार कितने दिनों की अपेक्षा करेगा। 98.93% प्रायिकता के संगत सामान्य विचलन Z का मान +2.3 तथा 99.18% प्रायिकता के संगत Z का मान +2.4 है। इसके अतिरिक्त, यदि ठेकेदार गतिविधियों के क्रैश द्वारा परियोजना को 17 दिनों में पूर्ण करने का इरादा रखता है, तो निर्धारित कीजिए कि ठेकेदार कितनी सकल परियोजना लागत की अपेक्षा करेगा। विभिन्न गतिविधियों के लिए सामान्य तथा क्रैश अवधि और संबद्ध लागत नीचे सारणी में दी गई हैं : पूरी परियोजना के लिए अप्रत्यक्ष लागत ₹ 500 प्रतिदिन है। (20 अंक) (b) (i) एक टैक्सी चालक पर समकोणीय सड़क चौराहे पर यातायात संकेत पार करने के लिए जुर्माना लगाया गया। उसने दावा किया कि संकेत दोषपूर्ण अभिकल्पित था और पीली (एम्बर) बत्ती की अवधि पर्याप्त नहीं है। निम्नलिखित आंकड़ों का उपयोग करते हुए चालक के दावे की यथार्थता को जाँचिए : चौराहे पर सड़क की चौड़ाई = 20 m सड़क पर गति सीमा = 60 km प्रति घंटा पीली (एम्बर) बत्ती की अवधि = 4.0 s आरामदायक मंदन = 3.0 m/s² कार की लंबाई = 4.0 m अनुभूति प्रतिक्रिया समय = 1.2 s (10 अंक) (ii) रेखाचित्रों के साथ व्याख्या कीजिए कि सड़क पर भौम जलस्तर को कम करने के लिए अधःस्तल जल-निकासी प्रणाली को कैसे प्रदान किया जाता है। (5 अंक) (c) 16 टन की ढुलाई क्षमता वाले एक रेल-इंजन द्वारा खींचे जा सकने वाले 80 टन वजन (प्रत्येक) वाले वैगनों की अधिकतम संख्या की गणना कीजिए। रेल-इंजन का भार 100 टन है और रेलगाड़ी को एक सीधे समतल बड़ी लाइन रेलपथ पर 60 km प्रति घंटा की गति से चलना है। वैगन और रेल-इंजन के बेलून (रोलिंग) प्रतिरोध को क्रमशः: 1.6 kg प्रति टन तथा 2.0 kg प्रति टन मान लीजिए। यदि रेलगाड़ी को 150 में 1 की प्रवणता पर 1° वक्र में चढ़ना है, तो रेल-इंजन की आवश्यक ढुलाई क्षमता की भी गणना कीजिए। (15 अंक)

Answer approach & key points

Framework: CPM/PERT and Traffic Engineering. (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: Complete working with all formulas, units, and sketches; correct final values

  • CPM network diagram and critical path
  • Z-score application for probability
  • Crashing cost calculation with indirects
  • Stopping distance formula and calculation
  • Subsurface drainage sketch with labels
  • Rolling, gradient, and curve resistance formulas
  • Unit consistency throughout
Q3
50M calculate Surveying, Railway Engineering and Construction Materials

(a) (i) Observations were made with a theodolite from the points A and B of baseline AB having horizontal length of 200 m to the two inaccessible points P and Q at the same side of the line AB. The following observations are done : ∠PAB = 80°, ∠QBA = 90°, ∠QAB = 50°, ∠PBA = 45° The angle of elevation of P from A = 20° The angle of elevation of Q from A = 12° Calculate the horizontal distance PQ and difference in elevation between P and Q. 10 (ii) A pair of overlapping vertical photographs was taken with an aerial camera of focal length 150 mm from an altitude of 3000 m above datum. The mean principal base measured is equal to 80 mm. In the common overlap, a flagpole with its base 100 m above datum is observed. What will be the height of the flagpole if the parallax difference between the top and bottom point of the flagpole is 4·6 mm? Also, find the scale of photograph at datum and the distance covered by the aircraft between two successive exposures. 10 (b) (i) Explain the required properties of a good ballast material for railway track. Explain with reasons which ballast material is best suitable for high-speed railway track. 10 (ii) Calculate the minimum depth of ballast required for a broad gauge railway track having sleeper density of M+6, length of rail of 13·0 m and width of sleeper of 25 cm. 5 (c) Briefly discuss the effect of the following on the properties of mortar used for construction work : (i) Alkali water and seawater (ii) Low temperature (iii) Sand and water 15

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(क) (i) एक थियोडोलाइट से आधार रेखा AB, जिसकी क्षैतिज लम्बाई 200 m है, के बिन्दुओं A तथा B से, दो अगम्य बिन्दुओं P तथा Q, जो रेखा AB के एक ही ओर हैं, के प्रेक्षण लिए गए। निम्नलिखित प्रेक्षण किए गए : ∠PAB = 80°, ∠QBA = 90°, ∠QAB = 50°, ∠PBA = 45° P का A से उन्नयन कोण = 20° Q का A से उन्नयन कोण = 12° क्षैतिज दूरी PQ तथा P और Q की ऊँचाई में अंतर की गणना कीजिए। 10 (ii) एक जोड़ी अतिव्यापी ऊर्ध्वाधर फोटो को 150 mm फोकस लम्बाई के एक हवाई कैमरे से डेटम से 3000 m की ऊँचाई से लिया गया। औसत मुख्य आधार 80 mm के बराबर मापा गया। उभयनिष्ठ अतिव्यापन में एक झंडे के खम्भे, जिसका आधार डेटम से 100 m ऊपर है, का अवलोकन किया गया। झंडे के खम्भे की ऊँचाई क्या होगी, यदि झंडे के खम्भे के शीर्ष और तल बिन्दु के बीच का लम्बन अंतर 4·6 mm है? डेटम पर फोटो का पैमाना और दो क्रमिक उद्घासन (एक्सपोजर) के बीच विमान द्वारा तय की गई दूरी भी प्राप्त कीजिए। 10 (ख) (i) रेलमार्ग (रेलवे ट्रैक) के लिए एक अच्छे गिट्टी पदार्थ के आवश्यक गुणधर्मों की व्याख्या कीजिए। कारणों सहित व्याख्या कीजिए कि उच्च गति रेलवे ट्रैक के लिए कौन-सा गिट्टी पदार्थ सबसे अधिक उपयुक्त है। 10 (ii) एक बड़ी लाइन रेलमार्ग (रेलवे ट्रैक), जिसमें स्लीपर घनत्व M+6, रेल की लम्बाई 13·0 m और स्लीपर की चौड़ाई 25 cm है, के लिए गिट्टी की आवश्यक न्यूनतम गहराई की गणना कीजिए। 5 (ग) निर्माण कार्य में प्रयुक्त मसाले (मोर्टर) के गुणधर्मों पर निम्नलिखित के प्रभाव की संक्षेप में चर्चा कीजिए : (i) क्षारीय जल तथा समुद्री जल (ii) कम तापमान (iii) रेत तथा पानी 15

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(i)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close Full marks: Complete working with all formulas, correct calculations, proper units, and clear explanations for all parts

  • Apply sine rule to find horizontal distances AP and AQ
  • Calculate horizontal distance PQ using cosine rule
  • Compute vertical heights of P and Q from angles of elevation
  • Determine difference in elevation between P and Q
  • Use parallax formula to calculate flagpole height
  • Calculate scale of photograph at datum level
  • Determine distance covered by aircraft between exposures
  • Apply correct parallax difference formula
Q4
50M compare Construction Equipment, Ferrocement and Traffic Engineering

(a) Compare the application of 'straight blade' and 'angle blade' of bulldozers for earthwork in a construction project. Determine the unit cost (₹/m³) for pushing the soil by a bulldozer for a canal construction project using the following data : (i) Bulldozer cost = ₹ 4,000 per hour (ii) Wages of operator = ₹ 150 per hour (iii) Rated moldboard capacity in loose volume (blade load) = 4 cum (iv) Swell factor for the soil = 1·25 (v) Hauling distance = 50 m (vi) Operating time per hour for the bulldozer = 50 minutes (vii) Forward speed of the bulldozer = 3 kmph (viii) Reverse speed of the bulldozer = 6 kmph (ix) Gear shifting time = 0·3 minute 20 (b) Answer the following in brief : (i) Why is it advantageous to use ferrocement when the structural member is in tension? (ii) What are the advantages of using ferrocement over reinforced concrete? (iii) What are the advantages of using ferrocement in marine structures? 15 (c) The speed and delay study was conducted by floating car method during different round trips on a stretch of 3 km State highway. The data of the study is given below : | Trip Number | Number of Vehicles | | | | | In Opposite Direction | Overtaking | Overtaken | | 1 | 140 | 30 | 16 | | 2 | 130 | 22 | 17 | | 3 | 180 | 18 | 19 | Given that the floating car is moving at a constant speed of 30 kmph, calculate the following : (i) Traffic stream variables for different trips (ii) Speed-density and volume-density relationship 15

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(क) एक निर्माण परियोजना में मिट्टी-कार्य हेतु बुलडोजर के 'सीधे ब्लेड' तथा 'कोण ब्लेड' के प्रयोग की तुलना कीजिए। निम्नलिखित आँकड़ों का उपयोग करते हुए एक नहर निर्माण परियोजना के लिए एक बुलडोजर द्वारा मिट्टी धकेलने की एकक लागत (₹/m³) का निर्धारण कीजिए : (i) बुलडोजर लागत = ₹ 4,000 प्रति घंटा (ii) संचालक (ऑपरेटर) का वेतन = ₹ 150 प्रति घंटा (iii) निर्धारित मोल्डबोर्ड क्षमता, असंहत आयतन में (ब्लेड खेप) = 4 cum (iv) मिट्टी के लिए फूलने का गुणक = 1·25 (v) ढुलाई दूरी = 50 m (vi) बुलडोजर का संचालन समय प्रति घंटा = 50 मिनट (vii) बुलडोजर की अग्रसर गति = 3 km प्रति घंटा (viii) बुलडोजर की प्रतिलोम गति = 6 km प्रति घंटा (ix) गियर बदलने में समय = 0·3 मिनट 20 (ख) निम्नलिखित का उत्तर संक्षेप में दीजिए : (i) जब संरचना सदस्य तनन में हो, तो फेरोसीमेंट का उपयोग करना क्यों लाभदायक है? (ii) प्रबलित कंक्रीट के मुकाबले फेरोसीमेंट का उपयोग करने के क्या लाभ हैं? (iii) समुद्री संरचनाओं में फेरोसीमेंट का उपयोग करने के क्या लाभ हैं? 15 (ग) राज्य महामार्ग के एक 3 km लम्बे भाग पर विभिन्न परिक्रमायुक्त यात्राओं (राउंड ट्रिप) के दौरान फ्लोटिंग कार विधि द्वारा चाल और विलम्ब अध्ययन आयोजित किया गया। अध्ययन के आँकड़े नीचे दिए गए हैं : यदि फ्लोटिंग कार 30 km प्रति घंटा की एक नियत चाल से चल रही है, तो निम्नलिखित की गणना कीजिए : (i) विभिन्न यात्राओं के लिए यातायात धारा के चर (ii) चाल-घनत्व तथा प्रवाह-घनत्व सम्बन्ध 15

Answer approach & key points

(a) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Precise calculations with correct units, clear comparison of blade types, and accurate application of floating car method formulas.

  • Distinguish straight vs angle blade application
  • Calculate total hourly cost (₹4,150)
  • Determine cycle time using speeds and distance
  • Compute unit cost in ₹/m³
  • Explain tension capacity via mesh
  • List advantages over reinforced concrete
  • Identify marine durability benefits
  • Apply floating car method formulas

B

Q5
50M Compulsory solve Hydrology, groundwater, water and wastewater treatment

(a) A box culvert has an expected life of 10 years. (i) If the acceptable risk of at least one event exceeding the culvert capacity during the design life is 5 percent, what design period should be used? (ii) What is the chance that the box culvert designed for an event of this return period will not have its capacity exceeded for 50 years? 10 (b) A well fully penetrates a 50 m thick confined aquifer. After a long period of pumping at a constant rate of 0·10 m³/s, the drawdowns at distances of 50 m and 150 m from the well are observed to be 3 m and 1·2 m respectively. With the help of a sketch, determine the hydraulic conductivity and the transmissivity. 10 (c) Enumerate any five adverse effects of reservoir sedimentation. How can it be reduced? 10 (d) The BOD of wastewater sample incubated @ 30 °C for 1 day was 120 mg/L. Find 5-day BOD @ 20 °C and estimate the percent of unoxidized BOD @ 20 °C after 20 days. Take rate constant as 0·1/day @ 20 °C. 10 (e) Explaining the process of composting municipal solid wastes, discuss the important design considerations of aerobic composting. 10

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(a) एक बॉक्स पुलिया का अपेक्षित कार्यकाल 10 वर्ष है। (i) यदि अभिकल्पना अवधि के दौरान कम-से-कम एक घटना के पुलिया की क्षमता से अधिक होने का स्वीकार्य जोखिम 5 प्रतिशत है, तो कितनी अभिकल्पना अवधि का उपयोग किया जाना चाहिए? (ii) इसकी क्या संभावना है कि इस पुनरागमन अवधि की एक घटना के लिए अभिकल्पित बॉक्स पुलिया की क्षमता 50 वर्ष तक पार नहीं होगी? 10 (b) एक कुआँ 50 m मोटे एक परिरुद्ध जलभृत का पूर्ण रूप से अंतर्वेशन करता है। 0·10 m³/s की नियत दर से लम्बे समय तक पम्पिंग के बाद कुएँ से 50 m और 150 m की दूरी पर अपकर्ष (ड्रॉडाउन) क्रमशः 3 m और 1·2 m प्रेक्षित किए गए हैं। एक रेखाचित्र की सहायता से द्रवीय चालकता (कंडिक्टिविटी) और संचरणीयता (ट्रांसमिसिविटी) निर्धारित कीजिए। 10 (c) जलाशय के तलछटीकरण (सेडिमेंटेशन) के किन्हीं पाँच प्रतिकूल प्रभावों का उल्लेख कीजिए। इसे कैसे कम किया जा सकता है? 10 (d) 30 °C पर 1 दिन के लिए उष्मायन किए गए अपशिष्ट जल के नमूने का बी० ओ० डी० 120 mg/L था। 20 °C पर 5 दिनों का बी० ओ० डी० ज्ञात कीजिए और 20 दिनों के बाद 20 °C पर अन-ऑक्सीकृत बी० ओ० डी० के प्रतिशत का आकलन कीजिए। 20 °C पर दर नियतांक को 0·1 प्रतिदिन लीजिए। 10 (e) नगरीय ठोस अपशिष्ट की कम्पोस्टिंग की प्रक्रिया की व्याख्या करते हुए वायुजीवी (एरोबिक) कम्पोस्टिंग के महत्वपूर्ण अभिकल्पना विचारों पर चर्चा कीजिए। 10

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) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close Full marks: All parts show complete working with correct formulas, units, and assumptions; sketches where required; no arithmetic errors.

  • State design life T = 10 years
  • State risk p = 0.05
  • Apply formula p = 1 - (1 - 1/T_r)^n
  • Solve for return period T_r
  • Use T_r from part (i)
  • Set n = 50 years
  • Apply formula P = (1 - 1/T_r)^n
  • Calculate final probability
Q6
50M solve Hydrology, rainfall-runoff, wastewater treatment, sewer design, water treatment

(a) A storm over a catchment of area 5 km² had a duration of 14 hours. The mass curve of rainfall of the storm is as follows: | Time from Start of Storm, t (h) (1) | Accumulated Rainfall (cm) (2) | |-------------------------------------|-------------------------------| | 0 | 0 | | 2 | 0·6 | | 4 | 2·8 | | 6 | 5·2 | | 8 | 6·7 | | 10 | 7·5 | | 12 | 9·2 | | 14 | 9·6 | If the φ index for the catchment is 0·4 cm/h, determine (i) the effective rainfall (ER) hyetograph and (ii) the volume of direct runoff from the catchment due to the storm. Show clearly one set of calculations and summarize your results in a tabular form. (iii) Also, plot the effective rainfall hyetograph. 20 (b) (i) Using the data pertaining to a wastewater treatment plant, determine the quantity of sludge produced per day: Wastewater flow = 10 MLD Suspended solids (SS) in raw wastewater = 250 mg/L Efficiency of PST = 62% Sludge concentration = 5% Volatile solids (VS) = 60% Specific gravity of VS = 0·980 Fixed solids = 40% Specific gravity of fixed solids = 2·65 10 (ii) A 30 cm diameter circular sewer is laid in a section where invert slope is 1 in 500. Determine the velocity and sewage flow in the section and check for self-cleansing velocity. Take Manning's coefficient as 0·015. Assume that the sewer is running full. 5 (c) (i) Explain the problems encountered during the operation of filters in water treatment and suggest how these are controlled. 10 (ii) Enumerate the factors to be considered while designing an intake structure. Sketch a river intake and name its components. 5

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(a) 5 km² के जलग्रहण-क्षेत्र के ऊपर एक तूफान की अवधि 14 घंटे थी। तूफानी वर्षा का द्रव्यमान वक्र निम्नलिखित है : यदि जलग्रहण के लिए φ सूचकांक 0·4 cm/h है, तो (i) प्रभावी वर्षा (ई० आर०) हाइटोग्राफ और (ii) तूफान के कारण जलग्रहण से प्रत्यक्ष अपवाह की मात्रा निर्धारित कीजिए। गणनाओं के एक समुच्चय (सेट) को स्पष्ट रूप से दर्शाइए तथा अपने परिणामों को सारणी रूप में सारांशित कीजिए। (iii) प्रभावी वर्षा हाइटोग्राफ भी तैयार कीजिए। 20 (b) (i) एक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र से संबंधित आँकड़ों का उपयोग करते हुए प्रतिदिन उत्पन्न होने वाले अवपेक की मात्रा निर्धारित कीजिए : अपशिष्ट जल प्रवाह = 10 MLD अन-उपचारित अपशिष्ट जल में निलंबित ठोस पदार्थ (एस० एस०) = 250 mg/L पी० एस० टी० की दक्षता = 62% अवपेक सांद्रता = 5% वाष्पशील ठोस पदार्थ (वी० एस०) = 60% वी० एस० का विशिष्ट घनत्व = 0·980 स्थिर ठोस पदार्थ = 40% स्थिर ठोस पदार्थों का विशिष्ट घनत्व = 2·65 10 (ii) 30 cm व्यास के एक वृत्ताकार सीवर को एक ऐसे भाग में बिछाया गया है जहाँ अधःस्तल (इनवर्ट) प्रवणता 500 में 1 है। इस भाग में वेग और अपशिष्ट प्रवाह निर्धारित कीजिए तथा स्व-सफाई वेग के लिए जाँच कीजिए। मैनिंग गुणांक को 0·015 लीजिए। मान लीजिए कि सीवर पूर्ण रूप से भरकर बह रहा है। 5 (c) (i) जल उपचार में निसंदेक (फिल्टर) के संचालन के दौरान आने वाली समस्याओं की व्याख्या कीजिए और सुझाव दीजिए कि इन्हें कैसे नियंत्रित किया जा सकता है। 10 (ii) एक अंतर्ग्राही संरचना की अभिकल्पना करते समय विचारणीय कारकों का उल्लेख कीजिए। एक नदी के अंतर्ग्राही का रेखाचित्र बनाइए और इसके घटकों को नामांकित कीजिए। 5

Answer approach & key points

(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c(i)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c(ii)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary Full marks: All calculations shown with units, correct formulas, neat diagrams, and complete answers to all sub-parts.

  • Convert accumulated rainfall to incremental rainfall
  • Apply φ index (0.4 cm/h) to find effective rainfall
  • Calculate volume of direct runoff (ER × Area)
  • Present results in a tabular form
  • Calculate mass of solids removed (Flow × SS × Efficiency)
  • Determine volume of sludge using specific gravity
  • Account for volatile and fixed solids composition
  • State final sludge quantity in m³/day
Q7
50M calculate Environmental and Irrigation Engineering

(a) The data related to the activated sludge process is given below: Population = 500000 Wastewater contribution = 150 lpcd BOD of settled wastewater = 200 mg/L Effluent BOD required = 30 mg/L Using the data, find the design parameters as mentioned below (Take F/M = 0·2, MLSS = 3000 mg/L, SVI = 100, where MLSS = Mixed liquor suspended solids, SVI = Sludge volume index): (i) Volume of aeration (ii) Efficiency (iii) Volumetric loading (iv) Return sludge ratio (v) Hydraulic retention time (HRT) 20 marks (b) An unlined irrigation channel in an alluvium of median size 0·30 mm is of trapezoidal section with bed width = 3·0 m, side slope = 1·5 H : 1 V and longitudinal slope = 0·00035. If this channel carries a discharge of 1·5 m³/s at a depth of 0·8 m, then determine— (i) the average bed shear stress due to flow; (ii) the shear stress due to grains; (iii) the shear stress due to bed forms. Take γ = 9790 N/m³. 15 marks (c) Define waterlogging. Enumerate any four causes of waterlogging. What are the effects of waterlogging? Describe any five control measures for waterlogging. 15 marks

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(a) सक्रिय अवंक प्रक्रिया से सम्बन्धित आँकड़े नीचे दिए गए हैं : जनसंख्या = 500000 अपशिष्ट जल योगदान = 150 lpcd स्थिर अपशिष्ट जल का बी० ओ० डी० = 200 mg/L वांछित बहिःसावी बी० ओ० डी० = 30 mg/L ऑकड़ों का उपयोग करते हुए नीचे उल्लिखित अभिकल्पना प्राचलों को ज्ञात कीजिए (F/M = 0·2, एम० एल० एस० एस० = 3000 mg/L, एस० वी० आई० = 100 लीजिए, जहाँ एम० एल० एस० एस० = मिश्रित तरल निलम्बित ठोस पदार्थ, एस० वी० आई० = अवपंक आयतन सूचकांक) : (i) वातन का आयतन (ii) दक्षता (iii) आयतनी भारण (लोडिंग) (iv) प्रत्यागमन अवपंक अनुपात (v) जलीय प्रतिधारण समय (एच० आर० टी०) 20 अंक (b) 0·30 mm माध्य आमाप के एक जलोढक में एक अन-आस्तरित (अनलाइंड) सिंचाई वाहिका समलम्बाकार परिच्छेद की है, जिसकी तल चौड़ाई = 3·0 m, पार्श्व प्रवणता = 1·5 H : 1 V और अनुदैर्ध्य प्रवणता = 0·00035 है। यदि यह वाहिका 0·8 m की गहराई पर 1·5 m³/s के प्रवाह का निर्वहन करती है, तो निर्धारित कीजिए— (i) प्रवाह के कारण औसत तल अपरूपण प्रतिबल; (ii) कणों के कारण अपरूपण प्रतिबल; (iii) तल आकृति के कारण अपरूपण प्रतिबल। γ = 9790 N/m³ लीजिए। 15 अंक (c) जलभराव को परिभाषित कीजिए। जलभराव के किन्हीं चार कारणों का उल्लेख कीजिए। जलभराव के क्या प्रभाव हैं? जलभराव के किन्हीं पाँच नियंत्रण उपायों का वर्णन कीजिए। 15 अंक

Answer approach & key points

Framework: Civil Engineering Design & Analysis. (a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance Full marks: Accurate calculations with clear steps; comprehensive and well-organized descriptive answers.

  • Calculate flow rate Q from population and lpcd
  • Apply F/M ratio to find aeration volume
  • Calculate efficiency from BOD removal
  • Determine HRT and return sludge ratio
  • Calculate hydraulic mean depth (R) from geometry
  • Compute average bed shear stress using slope and depth
  • Determine shear stress due to grains (Shields parameter)
  • Calculate shear stress due to bed forms
Q8
50M solve Hydraulic Structures and Environmental Engineering

(a) The figure shows an overflow spillway which is 40 m high. At the design energy head of 2·5 m over the spillway, determine— (i) the sequent depths; (ii) the energy loss; (iii) the percentage of initial energy lost for the hydraulic jump formed on a horizontal apron at the toe of the spillway. 20 marks (b) 20 MLD of water with 80 mg/L of suspended solids is treated with alum [Al₂(SO₄)₃ · 14·3H₂O] dose of 60 mg/L. Find the quantity of sludge produced assuming that sufficient natural alkalinity is available. Take specific gravity of sludge as 1·04 and removal efficiency as 60%. 15 marks (c) Explaining the procedure for developing a wind rose, discuss the applications of wind rose using a typical sketch. 15 marks

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(a) चित्र में एक अधिप्रवाही उत्प्लाव दर्शाया गया है, जो 40 m ऊँचा है। उत्प्लाव के ऊपर 2·5 m की अभिकल्पन ऊर्जा दाबोच्चता एवं क्षैतिज अंचल (एप्रन) पर उत्प्लाव के पदार पर बने जलोच्छल के लिए निम्नलिखित को निर्धारित कीजिए : (i) अनुक्रम गहराइयाँ (ii) ऊर्जा ह्रास (iii) ह्रास हुई प्रारंभिक ऊर्जा का प्रतिशत 20 अंक (b) 20 MLD जल, जिसमें 80 mg/L निलम्बित ठोस पदार्थ है, को फिटकरी [Al₂(SO₄)₃ · 14·3H₂O] की 60 mg/L की खुराक के साथ उपचारित किया जाता है। यह मानते हुए कि पर्याप्त प्राकृतिक क्षारीयता उपलब्ध है, उत्पन्न अवपेक की मात्रा को ज्ञात कीजिए। अवपेक के विशिष्ट घनत्व को 1·04 और पृथक्कीकरण दक्षता को 60% लीजिए। 15 अंक (c) एक विंड रोज को विकसित करने की प्रक्रिया को समझाते हुए एक विशिष्ट रेखाचित्र का उपयोग करके विंड रोज के अनुप्रयोगों की चर्चा कीजिए। 15 अंक

Answer approach & key points

(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) discuss: intro > 3-4 dimensions > example > balanced close Full marks: Complete calculations with correct formulas, clear sketches, and proper engineering context for all parts.

  • Calculate approach velocity V1 using energy head
  • Apply conjugate depth relation for sequent depths
  • Compute energy loss using depth difference formula
  • Calculate percentage of initial energy lost
  • Calculate alum consumption and resulting sludge mass
  • Apply 60% removal efficiency to suspended solids
  • Use specific gravity 1.04 for volume calculation
  • Account for chemical sludge from alum reaction

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