संघ लोक सेवा आयोग सिविल सेवा - मुख्य परीक्षा
(Download) UPSC IAS Mains Exam Paper - 2017 : सिविल इन्जीनियरी (Paper - 1)

सिविल इन्जीनियरी
(प्रश्न पत्र - I)

निर्धारित समय : तीन घंटे

अधिकतम अंक : 250

प्रश्न-पत्र सम्बन्धी विशेष अनुदेश

कृपया प्रश्नों के उत्तर देने से पूर्व निम्नलिखित प्रत्येक अनुदेश को ध्यानपूर्वक पढ़े :

इसमें आठ (8) प्रश्न हैं जो दो खण्डों में विभाजित हैं तथा हिन्दी और अंग्रेज़ी दोनों में छपे हैं ।

परीक्षार्थी को कुल पाँच प्रश्नों के उत्तर देने हैं।

प्रश्न संख्या 1 और 5 अनिवार्य हैं तथा बाकी में प्रत्येक खण्ड से कम-से-कम एक प्रश्न चुनकर किन्हीं तीन प्रश्नों के उत्तर दीजिए । प्रत्येक प्रश्न/भाग के अंक उसके सामने दिए गए हैं ।

प्रश्नों के उत्तर उसी प्राधिकृत माध्यम में लिखे जाने चाहिए जिसका उल्लेख आपके प्रवेश-पत्र में किया गया है, और इस माध्यम का स्पष्ट उल्लेख प्रश्न-सह-उत्तर (क्यू.सी.ए.) पुस्तिका के मुख-पृष्ठ पर निर्दिष्ट स्थान पर किया जाना चाहिए । प्राधिकृत माध्यम के अतिरिक्त अन्य किसी माध्यम में लिखे गए उत्तर पर कोई अंक नहीं मिलेंगे।

प्रश्नों में शब्द सीमा, जहाँ विनिर्दिष्ट है, का अनुसरण किया जाना चाहिए ।

जहाँ आवश्यक हो, आरेख / चित्र उत्तर के लिए दिए गए स्थान में ही दर्शाइए ।

प्रश्नों के उत्तरों की गणना क्रमानुसार की जाएगी । यदि काटा नहीं हो, तो प्रश्न के उत्तर की गणना की जाएगी चाहे वह उत्तर अंशतः दिया गया हो । प्रश्न-सह-उत्तर पुस्तिका में खाली छोड़ा हुआ पृष्ठ या उसके अंश को स्पष्ट रूप से काटा जाना चाहिए ।

खण्ड A

1.(a) एक ऊध्र्वाकार समद्विबाहु त्रिभुजाकार गेट का, शीर्ष ऊपर की ओर है, और उसके आधार की चौड़ाई 2 मी. एवं ऊंचाई 1.5 मी. है। यदि गेट का शीर्ष मुक्त जल सतह से 1 मी. नीचे हो, तो समग्र दाब-बल एवं दाब केन्द्र की स्थिति ज्ञात कीजिए।
(b) उच्च सामर्थ्य घर्षण-पकड़ बोल्टों के फायदे क्या-क्या हैं ? उच्च सामर्थ्य घर्षण-पकड़ बोल्टों में भार किस प्रकार स्थानांतरित होता है ? रेखाचित्रों के साथ व्याख्या कीजिए।
(c) एक खतान पर अक्षुब्ध मृदा की जल अंतर्वस्तु 12 प्रतिशत, रिक्तता अनुपात 0.55 एवं ठोसों का विशिष्ट घनत्व, 2.62 है । इस खतान से प्राप्त मृदा का उपयोग पुश्ते के निर्माण के लिए किया जाना है । पुश्ते के लिए शुष्क घनत्व 17.5 kN/m³ एवं जल धारण 18.5 प्रतिशत विशिष्टताओं की आवश्यकता है। लिटरों में जल की मात्रा का, जिसको तैयार पुश्ते के प्रांत m' के लिए खतान मृदा में डालने की आवश्यकता होगी, परिकलन कीजिए।
(d) एक लीवर को ऊपर दिए गये चित्रानुसार भारित किया गया है ।

(i) बिन्दु पर बल आधूर्ण का परिकलन कीजिए ।
(ii) बिन्दु B पर किस मात्रा का क्षैतिज बल लगाया जाये जो कि उपरोक्त परिकलित बल आघूर्ण के बराबर बल आघूर्ण उत्पन्न कर सके ।
(iii) परिकलन कीजिए कि बिन्दु B पर किस न्यूनतम मात्रा का बल लगाया जाए ताकि जो कि भाग (i) में गणित बल आघूर्ण के बराबर बल आघूर्ण उत्पन्न कर सके ।
(iv) लीवर पर बिन्दु की दूरी का परिकलन कीजिए जहाँ पर 1.20 kN का ऊध्र्वाधर बल लगाया जाए, जो कि भाग (i) में परिकलित बल आघूर्ण के बराबर बल आघूर्ण उत्पन्न कर सके ।

ऊपर दिए गये चित्र में दर्शाये गये ढाँचे के लिए, बंकन आघूर्ण एवं अपरूपण बल का परिकलन कीजिए और उनके विचरण का आरेख बनाइए ।

2.(a) 0.3 मी. व्यास के एक पाइप में 24.4 मी./सेकेण्ड के वेग से जल प्रवाहित है। A एवं B बिन्दुओं पर क्रमशः 361 kPa एवं 288 kPa के दाब मापे गए थे । बिन्दु A एवं B की उच्चताएं क्रमशः 30.5 मी. एवं 33.5 मी. थीं । बिन्दु A एवं B की बीच दाबोच्चता हानि (हेड लॉस) ज्ञात कीजिए।
(b) एक अल्प भारीय भवन बालू की 10 मी. मोटी परत पर खड़ा है । बालू परत के नीचे 5 मी. मोटी मृत्तिका परत है । मृत्तिका परत के नीचे चट्टानी सतह है । भौम जलस्तर जमीन तल से 1 मी. नीचे है । भौम जलस्तर के ऊपर की बालू सतह केपीलरी उठाव के द्वारा संतृप्त है । बालू के लिए रिक्तता अनुपात 0.75 एवं विशिष्ट घनत्व 2-65 है । ग्रीष्मकाल में जल, बालू सतह में 4-0 मी. नीचे जाने तक पम्प द्वारा बाहर निकाला जाता है। जिससे जल सतह सूख जाती है । परिकलन कीजिए कि कितने दिनों में भवन 25 मि.मी. नीचे बैठ जाता है। पंपन संक्रिया के दौरान निषदन को नज़रअंदाज कीजिए। मृतिका के गुणधर्म : रिक्ति अनुपात = 0-60, विशिष्ट घनत्व = 2.70, द्रव सीमा = 40%, संघनन गुणांक = 6x10-3 से.मी./सेकेण्ड ।
(c) एक भवन हेतु डाग-लेगड सीढ़ी का विस्तृत विवरण ऊपर चित्र में दिया गया है । तल से तल की ऊंचाई 3.0 मी. है । चल भार (लाइव लोड) 2.5 कि, न्यूटन/मी.2 लिया जा सकता है । सीढ़ी के स्लैब की मोटाई 150 मि.मी. है। राइज एवं ट्रेड क्रमशः 150 मि.मी. एवं 250 मि.मी. हैं । सीढ़ी की प्रारूपिक फ्लाइट का डिजाइन एवं विस्तृत आरेख बनाइये । कांक्रीट हेतु M-25 एवं इस्पात ग्रेड Fe-500 का प्रयोग कीजिए। सीमित स्टेट विधि का इस्तेमाल कीजिए ।

3.(a) एक संघनित त्रिअक्षीय परीक्षण में संतृप्त बालू का नमूना 220 kPa डेवीयेटर प्रतिबल पर असफल हो गया, जब सेल दाब 100 kPa था। अपरूपण सामर्थ्य प्राचलों, अपरूपण सामर्थ्य एवं अधिकतम अपरूपण प्रतिबल का निर्धारण कीजिए।
(b) एक 3 से.मी. व्यास के ऊध्र्वाधर पाइप में से तेल प्रवाहित हो रहा है, जिसकी गतिक श्यानता 1:5 पाइस एवं सापेक्ष घनत्व (0.9 है । एक दूसरे से 20 मी. की दूरी पर दो दाब प्रमापी लगाये गये हैं । उपर लगाया गया दाब प्रमापी 4, 200 kPa दर्शाता है, एवं नीचे लगाया गया दाब प्रमापी B, 500 kPa दर्शाता है। प्रवाह की दिशा एवं प्रवाह की दर ज्ञात कीजिए।

ऊपर दिये गये चित्र में प्लेन ट्रस (कैंची) के जोड़ B के लिए ऊध्र्वाधर विक्षेपण को परिकलन एकल 'भार विधि के द्वारा कीजिए। ट्रस के सभी अवयव समांगी अनुप्रस्थ-काट एवं पदार्थ वाले हैं ।

4.(a) ऊपर दिये गये चित्र में सपाट ऊर्ध्वाधर पीठ वाली 9.0 मी. ऊंची प्रतिधारक भित्ति के पीछे द्वि-स्तरीय पृष्ठ भराव, दिखाया गया है। कुल सक्रिय मृदा दाब के विचरण का रेखाचित्र बनाइए एवं परिणामी मृदा दाब के अनुप्रयोग बिन्दु को ज्ञात कीजिए।

(b) दो गतिमान भार, जिनमें प्रत्येक का भार 300 kN है एवं जो एक दूसरे से 4-0 m की दूरी पर स्थित हैं, 20-0 m लम्बे शुद्धालंबित गरडर को बांये से दायें ओर पार करते हैं। इन गतिमान भारों के कारण परम अधिकतम बंकन आघूर्ण का परिकलन कीजिए। (ऊपर चित्र)

(c) ISMB 600 के फ्लेंज से एक वर्गाकार खोखला काट, ऊपर चित्र में दर्शाये गये अनुसार जुड़ा है ।। इस ब्रैकेट पर सममित 50 कि. न्यूटन के भार क्रमशः क्षैतिज एवं उर्ध्वाधर दिशा में कार्यरत है । वर्गाकार खोखला काट 150x150x6 मि.मी. माप का है। इस जोड़ के लिए आवश्यक वेल्ड साइज ज्ञात कीजिए।

खण्ड ‘B'

5.(a) एक 1: 50 पैमाने के स्पिलवे माडल का 1.25 मी./सेकेण्ड का निस्सरण है। इसके प्रोटोटाइप द्वारा कितना निस्सरण किया जाएगा ? यदि प्रोटोटाइप में बाढ़ आने में 12 घंटे लगते हैं तो माडल में बाढ़ आने में कितना समय लगेगा ?
(b) M-25 ग्रेड कांक्रीट मिक्स डिजाइन, संतृप्त लेकिन शुष्क सतह, के लिए, सीमेंट : बालू : रोड़ी : जल का अनुपात क्रमशः 1: 1:2: 2-4 : 0:4 (वजन द्वारा) है। स्थल पर कास्टिंग के पहले बारिश दिवस के कारण, सामग्री की केरेक्टेरिस्टिक में बदलाव (बालू एवं रोड़ी में) के कारण पुनरीक्षित कांक्रीट मिक्स डिजाइन कीजिए।
मानिए: (i) बालू एवं रोड़ी के विशिष्ट घनत्व क्रमशः 2.6 एवं 2-65 हैं ।
(ii) सतही जल की मात्रा, बालू एवं रोड़ी के लिए क्रमशः 2.5% एवं 1.5% है । आइ. एस. कोड के अनुसार, कांक्रीट मिक्स डिजाइन हेतु, टिकाऊपन कारक कैसे लिया जाता है ?

(c) एक स्थल पर एक बड़ी परियोजना के लिए नींव खाई का खुदाव किया जाना है। मृदा परीक्षण रिपोर्ट में निम्नलिखित विवरण दिखाये गये हैं।

5.(d) जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है 50 मि.मी. व्यास की दो छड़े जुड़ी हैं। लगाये जा सकने वाले अधिकतम भार P को ज्ञात कीजिए । E = 2x10 MPa.
(e) एक खोखले वृत्ताकार शाफ्ट में, जिसका बाहरी वृत्त का व्यास 300 मि.मी. एवं भीतरी वृत्त का व्यास 150 मि.मी. है, अधिकतम अपरूपण प्रतिबल का परिकलन कीजिए। इस शाफ्ट पर 4 kN-m का ऐंठन आघूर्ण कार्यरत है । यदि दृढ़ता मापांक G = 82 GN/m' हो, तो, बाहरी व्यास के बीस गुना लम्बाई के लिए ऐंठन का परिकलन कीजिए।

6. (a) ऊपर चित्र में दर्शाये अनुसार तीन धरन अवयव बिन्दु B पर जुड़े हैं। जोड़ बिन्दु B पर 100 kN-m का आघूर्ण घड़ी की दिशानुसार कार्यरत है । A, C एवं D पर आघूर्ण का परिकलन आघूर्ण वितरण विधि के द्वारा कीजिए । सभी धरन अवयवों के स्थिर अनुप्रस्थ-काट एवं पदार्थ हैं। (स्थिर I एवं E)

(b) 2 मी. विस्तृति की प्रबलित कांक्रीट की केंटिलीवर धरन (300 मि.मी. x 600 मि.मी.) 125 कि.न्यूटन/मी. का समान विस्तरित भार (यू.डी.एल.) वहन करती है (धरन के अपने भार सहित) । धरन को 4 नग 25 मि.मी. व्यास द्वारा उपर तथा 2 नग 20 मि.मी. व्यास द्वारा नीचे प्रबलित किया गया है । अपरूपण प्रबलन का अभिकल्प (डिजाइन) कीजिए तथा धरन (बीम) का अनुप्रस्थ-काट आरेखित करें । M-25 तथा Fe-500 का इस्तेमाल करें । अभिकल्प के लिए ‘लिमिट-स्टेट' विधि का उपयोग करें। नीचे दी हुई सारणी का इस्तेमाल करें ।
(c) 4 m चौड़ाई की एक क्षैतिज आयताकार चेनल से 16 मी./सेकेण्ड का निस्सरण हो रहा हैं। निर्धारण कीजिए कि आरंभिक गहराई 0.5 मी. पर जम्प बनेगी अथवा नहीं । इस आरंभिक गहराई के लिए सीक्वेंट गहराई का मान ज्ञात कीजिए। इस जम्प में ऊर्जा हुनन का मान भी ज्ञात कीजिए।

7.(a) 240 मी. की दाबोच्चता के अधीन और 80 प्रतिशत की समग्र दक्षता पर कार्यरत एक पेल्टन ह्वील" टरबाइन 5520 KW विद्युत पैदा करता है । यह टरबाइन 200 आर.पी.एम. की चाल से घूम रही। है । परिधीय गुणांक 0-46 मान कर चलते हुए एकल निस्सरण, एकल शक्ति एवं एकल चाल ज्ञात कीजिए। यदि ग्रीष्मकाल में, उसी टरबाइन का दाबोच्चता पतन 150 मी. हो जाता है, तो, इस दाबोच्चता के लिए निस्सरण, शक्ति एवं चाल ज्ञात कीजिए ।
(b) जैसा कि ऊपर दिए हुए चित्र में दिखाया गया है, संसंजनी मृदा में एक स्थिरीकृत शीटपाइल को बलुई पृष्ठ भराव का प्रतिधारण करना है। शीट पाइल के अंतःस्थापन की गहराई और लंगर में कर्षण का परिकलन कीजिए।

(c) ऊपर चित्र में दिखाए गये केंटीलीवर धरन के निरोधित सिरे पर अधिकतम बंकन प्रतिबल एवं अपरूपण प्रतिबल का परिकलन कीजिए । निरोधित सिरे पर बंकन प्रतिबल एवं अपरूपण प्रतिबल का विचरण रेखाचित्र भी बनाइये । धरन की मोटाई एक समान रूप से 50 मि.मी है। धरन मुक्त सिरे पर 200 मि.मी. एवं निरोधित सिरे पर 300 मि.मी. गहरी है ।

8.(a) भूमि तल से 3.1 मीटर ऊपर तक मिट्टी भराव को सहारा देने हेतु एक केंटीलीवर प्रतिधारक भित्ति का निर्माण किया जाना है । मृदा का एकक भार 19 के.एन./मी. एवं मृदा का रिपोज कोण 35° है। प्रतिधारक भित्ति के अवयवों की माप ऊपर चित्र में दर्शायी गयी हैं। प्रतिधारक भित्ति समस्त स्थायित्व जाँच में सुरक्षित है। प्रतिधारक भित्ति के स्टेम का डिजाइन कीजिए एवं प्रबलित छड़ों का विस्तृत आरेख खींचिए । लिमिट स्टेट विधि का प्रयोग कीजिए । मानिये : M.25 ग्रेड कांक्रीट एवं Fe-500 ग्रेड स्टील ।

(b) एक I मी. लम्बी समतल प्लेट के ऊपर 6 मी./सेकेण्ड के वेग से हवा प्रवाहित हो रही हैं। निम्नलिखित का मान ज्ञात कीजिए :

(i) प्लेट के अंत में सीमा सतह की मोटाई,
(ii) प्लेट के मध्य में अपरूपण प्रतिबल,
(iii) प्लेट के दोनों सतहों पर कुल ड्रग/एकल लम्बाई । मानिये : हवाका द्रव्यमान घनत्व 2 = 1226 कि.ग्राम/मी. और हवा की शुद्धगतिक श्यानता V = (0.15x10^-4)मी./सेकेण्ड ।

(c) एक 500 मि.मी. व्यास एवं 80 मी. लम्बाई के स्थल निर्मित आर.सी.सी. पाईल का निर्माण निम्न मृदा गुणधर्म विचरण हेतु निर्माण स्थल पर किया जाता है ।

जल स्तर को जमीन सतह पर मानते हुए, IS : 2911 के अनुसार अल्टीमेट पाइल भार सामर्थ्य ज्ञात कीजिए।

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