laminar di bawah Re ≈ 2000, turbulen di atas Re ≈ 4000
Kecepatan rata-rata
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Kerugian minor
hm = ΣK·V²/(2g)
Nilai K tipikal
masuk 0,5, keluar 1,0, belokan 90° ≈ 0,3
Penurunan tekanan
Δp = ρ·g·hf
Dua reservoir terbuka
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Keluaran bebas
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Aliran saluran terbuka (Manning)
Persamaan Manning
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Debit
Q = A·V
Jari-jari hidrolik
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Persegi panjang
A = b·y, P = b + 2y
Trapesium (kemiringan sisi z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Pipa bulat, penuh atau setengah penuh
R = D/4
Kemiringan yang diperlukan
S = (n·Q/(A·R2/3))²
Pompa & daya pompa
Daya hidrolik
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Daya poros
Pshaft = Ph/ηpump
Daya listrik
Pel = Pshaft/ηmotor
Head pompa
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Kerugian sistem
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Nilai waktu uang
Nilai masa depan
FV = PV·(1 + i)n
Nilai sekarang
PV = FV/(1 + i)n
Beberapa periode per tahun
i = r/m, N = m·n
Anuitas, nilai sekarang
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Anuitas, nilai masa depan
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i
Metode
Gambar garis waktu dengan setiap arus kas dan waktunya.
Sesuaikan suku bunga dengan periodenya: suku bunga bulanan untuk pembayaran bulanan.
Gunakan FV = PV·(1 + i)ⁿ untuk jumlah tunggal dan rumus anuitas untuk pembayaran yang sama besar.
Periksa tanda dan orde besaran jawabannya.
NPV & IRR
Nilai sekarang bersih
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Arus kas yang sama
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Tingkat pengembalian internal
nilai r saat NPV = 0
Keputusan
terima jika NPV > 0 (atau IRR > tingkat pengembalian yang disyaratkan)
Metode
Daftarkan semua arus kas beserta tahunnya; investasi pada tahun 0 bernilai negatif.
Diskontokan setiap arus kas: CFt/(1 + r)t.
Jumlahkan semuanya untuk mendapatkan NPV. Positif berarti proyek menghasilkan lebih dari r.
Untuk IRR, cari suku bunga yang membuat NPV nol dengan coba-coba atau interpolasi.
Distribusi normal
Skor z
z = (x − μ)/σ
Di bawah x
P(X < x) = Φ(z)
Di atas x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Di antara
Φ(z2) − Φ(z1)
Persentil
x = μ + z·σ
Metode
Ubah nilainya menjadi skor z: z = (x − μ)/σ.
Cari Φ(z), luas di sebelah kiri z.
Untuk luas di sebelah kanan gunakan 1 − Φ(z); untuk suatu selang kurangkan kedua luas kiri.
Untuk persentil, kerjakan mundur: cari z untuk luasnya, lalu x = μ + z·σ.
2Soal latihan
1.Reaksi tumpuan balokSedang
Balok sederhana memiliki tumpuan sendi di A dan rol di B. Balok menahan beban terpusat P pada 4 m dari A dan kopel searah jarum jam M pada 6 m dari A. Cari reaksi vertikal RA, dengan arah ke atas positif.
L = 10 mP = 55 kN di 4 mM = 50 kN·m (searah jarum jam) di 6 m
RA = kN
2.Reaksi tumpuan balokSulit
Balok sederhana memiliki tumpuan sendi di A dan rol di B. Cari reaksi tumpuan vertikal RB.
L = 8 mP = 35 kN di 3 mw = 12 kN/m dari 5 sampai 6 m
RB = kN
3.Rangka batang: metode titik buhulSedang
Gunakan metode titik buhul untuk mencari gaya FBC pada batang BC. Nyatakan tarik positif dan tekan negatif.
bentang = 4 mtinggi = 3 mB berjarak 1 m dari Abeban vertikal = 40 kN
FBC = kN
4.Rangka batang: metode titik buhulSulit
Tepat satu elemen rangka batang ini tidak membawa gaya pada beban-beban ini. Elemen mana yang merupakan elemen gaya-nol? Klik pada diagram.
B: 25 kN ↓F: 15 kN →G: 40 kN ↓H: 30 kN ↓
1elemen AB
2elemen BC
3elemen CD
4elemen DE
5elemen FG
6elemen GH
7elemen AF
8elemen HE
9elemen BF
10elemen CG
11elemen DH
12elemen BG
13elemen DG
5.Gaya geser & momen lenturSedang
Tanda A sampai G membagi balok menjadi enam bagian yang sama. Pada tanda mana momen lenturnya terbesar dalam ukuran, positif atau negatif? Klik pada diagram.
25 kN @ 10 m60 kN @ 4 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 2 m)
3C (x = 4 m)
4D (x = 6 m)
5E (x = 8 m)
6F (x = 10 m)
7G (x = 12 m)
6.Gaya geser & momen lenturSulit
Tanda A sampai G membagi balok menjadi enam bagian yang sama. Pada tanda mana momen lenturnya terbesar dalam ukuran, positif atau negatif? Klik pada diagram.
55 kN @ 0 m30 kN @ 6 m40 kN @ 2 m5 kN/m, 1–5 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
7.Lendutan balokSedang
Kantilever menahan beban merata w di sepanjang batang. Cari lendutan δ di ujung bebas.
w = 8 kN/mL = 5 mE = 70 GPa (aluminium)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Lendutan balokSulit
Kantilever bertopang dijepit di A dan ditumpu sederhana (ditopang) di B. Balok menahan beban merata w di sepanjang batang. EI konstan. Cari besar momen lentur MA di ujung jepit.
L = 3 mw = 5 kN/m
MA = kN·m
9.Tekuk kolomSedang
Kolom sepanjang L dari aluminium dengan tumpuan jepit di kedua ujung. Dengan rumus Euler, cari beban tekuk kritisnya Pcr.
L = 1,5 mE = 70 GPa (aluminium)b × h = 20 × 50 mm
Pcr = kN
10.Tekuk kolomSulit
Kolom bulat pejal sepanjang L dari baja dengan tumpuan jepit di bawah dan sendi di atas. Kolom harus menahan 40 kN dengan faktor keamanan 2,5 terhadap tekuk. Cari diameter terkecil d.
P = 40 kNn = 2,5L = 2,5 mE = 200 GPa (baja)
d = mm
11.Titik berat & momen inersiaSedang
Sebuah pelat 100 mm × 200 mm memiliki lubang lingkaran berdiameter 50 mm pada garis tengah vertikalnya, dengan pusat 80 mm di atas dasar. Cari momen inersia luas Ix terhadap sumbu horizontal melalui titik berat.
b = 100 mmh = 200 mmd = 50 mmpusat lubang: y = 80 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Titik berat & momen inersiaSulit
Profil I las memiliki sayap atas 120 × 20 mm, badan setinggi 260 mm dan setebal 8 mm, dan sayap bawah 190 × 22 mm (lebar × tebal). Cari momen inersianya Ix terhadap sumbu horizontal x yang melalui titik beratnya.
sayap atas: 120 × 20 mmbadan: 8 × 260 mmsayap bawah: 190 × 22 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
13.Tegangan efektif tanahSedang
Untuk profil tanah yang ditunjukkan, cari tegangan vertikal total σ di titik X.
Lapisan lempung terkonsolidasi berlebih setebal 8 m memiliki Cc = 0,25, Cr = 0,02, dan e₀ = 1. Di tengah kedalamannya tegangan vertikal efektifnya 80 kPa dan tekanan prakonsolidasinya 120 kPa. Sebuah bangunan baru menambah tegangan vertikal 10 kPa di tengah kedalaman. Cari penurunan konsolidasi primer S dalam mm.
Sebuah lapisan lempung setebal 7 m memiliki koefisien konsolidasi cv = 1,2 m²/tahun. Lapisan berada di antara dua lapisan pasir, sehingga air terdrainase keluar di atas dan di bawah. Untuk konsolidasi rata-rata 50% faktor waktunya Tv = 0,197. Berapa tahun t yang diperlukan lapisan untuk mencapai konsolidasi 50%?
Pintu air persegi panjang vertikal selebar 2 m berada di dinding tangki berisi air, dengan tepi atasnya 1 m di bawah permukaan. Cari gaya hidrostatis resultan F pada pintu air.
d = 1 mH = 2 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Gaya hidrostatisSulit
Pintu air persegi panjang vertikal selebar 1,5 m berada di dinding tangki berisi gliserin, dengan tepi atasnya 3 m di bawah permukaan. Cari gaya hidrostatis resultan F pada pintu air.
Air mengalir dengan kecepatan rata-rata 1,5 m/s melalui pipa sepanjang 300 m dengan diameter dalam 100 mm. Gunakan faktor gesekan Darcy f = 0,02 dan g = 9,81 m/s². Cari kehilangan head akibat gesekan hf.
Sebuah pipa sepanjang 100 m dengan diameter dalam 300 mm (faktor gesekan Darcy f = 0,02) berawal dari reservoir terbuka dan mengeluarkan air sebagai pancaran bebas ke udara. Kerugian minornya adalah lubang masuk bersudut tajam (K = 0,5), 3 belokan (masing-masing K = 0,3), dan sebuah katup (K = 0,2). Gunakan g = 9,81 m/s². Berapa tinggi H permukaan reservoir harus berada di atas lubang keluar pipa untuk debit 200 L/s?
Sebuah saluran trapesium tanah berlapis rumput memiliki lebar dasar 3 m dan kemiringan sisi 1,5:1 (horizontal:vertikal). Air mengalir seragam sedalam 0,6 m. n Manning = 0,03 dan kemiringan dasarnya S = 0,0005. Cari debit Q dalam m³/s.
b = 3 my = 0,6 mz = 1,5n = 0,03S = 0,0005
Q = m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)Sulit
Sebuah saluran trapesium tanah bersih dengan lebar dasar 6 m dan kemiringan sisi 2:1 (horizontal:vertikal) harus mengalirkan 78 m³/s dalam aliran seragam pada kedalaman 2 m. n Manning = 0,022. Cari kemiringan dasar yang diperlukan S (dalam m/m).
Q = 78 m³/sb = 6 my = 2 mz = 2n = 0,022
S = m/m
23.Pompa & daya pompaSedang
Sebuah pompa mengalirkan 60 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) melawan head 62 m. Efisiensi pompa 80% dan motor listrik penggeraknya memiliki efisiensi 92%. Gunakan g = 9,81 m/s². Cari daya listrik Pel yang ditarik motor, dalam kW.
Sebuah pompa memindahkan 12 L/s air (ρ = 1000 kg/m³) dari reservoir bawah yang terbuka ke tangki atas yang permukaan airnya 6 m lebih tinggi. Pipa sepanjang 300 m dengan diameter dalam 100 mm dan faktor gesekan Darcy f = 0,022; koefisien kerugian minornya berjumlah ΣK = 8 (termasuk lubang masuk dan keluar). Gunakan g = 9,81 m/s². Tangki atas tertutup dan udara di atas airnya bertekanan gauge 150 kPa. Cari head H yang harus ditambahkan pompa.
Anda butuh €10 000 dalam 9 tahun. Sebuah rekening memberi 2% per tahun, dimajemukkan triwulanan. Berapa yang harus Anda setor hari ini? Tentukan nilai sekarang PV.
FV = €10 0002% / 4n = 9
PV = €
26.Nilai waktu uangSulit
Anda ingin memiliki €50 000 dalam 13 tahun. Anda menabung jumlah yang sama di akhir setiap bulan di rekening yang memberi bunga 5,4% per tahun, dimajemukkan bulanan. Tentukan setoran bulanan A.
FV = €50 0005,4% / 12N = 156
A = €
27.NPV & IRRSedang
Sebuah proyek berbiaya €40 000 hari ini dan menghasilkan €13 000 di akhir setiap tahun selama 6 tahun. Biaya modalnya 8%. Anggap arus kas masuk merata sepanjang setiap tahun. Tentukan periode pengembalian terdiskonto DPB dalam tahun.
Investasi sebesar €20 000 menghasilkan €5 500 di akhir setiap tahun selama 5 tahun. Tentukan tingkat pengembalian internalnya IRR dalam persen.
C0 = €20 000CF = €5 500n = 5
IRR = %
29.Distribusi normalSedang
Data umur pakai baterai berdistribusi normal dengan rata-rata 500 h dan simpangan baku 40 h. Berapa proporsi yang berada di antara 452 dan 548 h? Nyatakan P dalam bentuk desimal.
μ = 500σ = 40x1 = 452x2 = 548
P =
30.Distribusi normalSulit
Massa X produk dari lini 1 dan Y dari lini 2 saling bebas dan normal: X memiliki rata-rata 500 g dan simpangan baku 8 g, Y memiliki rata-rata 490 g dan simpangan baku 6 g. Cari peluang P bahwa X lebih besar dari Y. Bulatkan z ke dua desimal.
μX = 500 g, σX = 8 gμY = 490 g, σY = 6 g
P =
3Larutan
1.Reaksi tumpuan balok
Jawaban: RA = 28 kN
Kesetimbangan statis: benda yang diam memenuhi ΣFx = 0, ΣFy = 0, dan ΣM = 0 terhadap titik mana pun. Ganti setiap beban merata dengan resultannya (luasnya) yang bekerja di titik berat diagram beban, dan ambil momen terhadap satu tumpuan untuk menghilangkan reaksi tumpuan itu dari persamaan.
Momen terhadap A
Berlawanan arah jarum jam positif.
ΣMA = 0: RB·10 − 55·4 − 50 = 0
RB = 270/10 = 27 kN
Kesetimbangan vertikal
RA = 55 − 27 = 28 kN
Jawaban
RA = 28 kN
Reaksi negatif bekerja ke bawah.
2.Reaksi tumpuan balok
Jawaban: RB = 21,38 kN
Kesetimbangan statis: benda diam memenuhi ΣFx = 0, ΣFy = 0, dan ΣM = 0 terhadap titik mana pun. Mengambil momen terhadap satu tumpuan menghilangkan reaksi tumpuan itu dari persamaan.
Diagram benda bebas
Ganti tumpuan dengan gaya reaksi. Rol memberi satu reaksi vertikal; dengan beban vertikal saja, sendi juga memberi satu reaksi vertikal.
Kesetimbangan
Momen terhadap A, positif berlawanan arah jarum jam. Lalu kesetimbangan gaya vertikal.
Resultan beban merata: W = w·ℓ = 12·1 = 12 kN, bekerja di x̄ = 5,5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 35·3 + 12·1·5,5
RB = 171/8 = 21,38 kN
ΣFy = 0: RA = 47 − 21,38 = 25,63 kN
Jawaban
RB = 21,38 kN
3.Rangka batang: metode titik buhul
Jawaban: FBC = −14,14 kN
Metode titik buhul: setiap titik buhul rangka berada dalam kesetimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 di setiap titik buhul. Mulai dari titik buhul dengan paling banyak dua gaya batang tak diketahui. Hasil negatif berarti batang mengalami tekan.
Reaksi tumpuan
Kesetimbangan seluruh rangka. Momen terhadap A, positif berlawanan arah jarum jam.
ΣMA = 0: Cy·4 = 40·1 → Cy = 10 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 10 = 30 kN
Titik buhul C
Rol hanya memberi reaksi vertikal, jadi titik buhul C hanya punya dua gaya batang tak diketahui. Anggap keduanya tarik.
sin γ = 3/4,243 = 0,7071, cos γ = 3/4,243 = 0,7071
Elemen gaya-nol: pada simpul, gaya-gaya harus seimbang ke segala arah. Jika simpul tidak memiliki beban dan tumpuan, dan dua dari tiga elemennya segaris, maka keseimbangan melintang garis itu hanya melibatkan elemen ketiga, sehingga gayanya nol. Jika hanya dua elemen bertemu di simpul tak berbeban dan keduanya tidak segaris, keduanya nol.
Simpul C
BC dan CD terletak pada satu garis lurus dan simpul tidak membawa beban. Menyeimbangkan gaya melintang garis itu hanya menyisakan CG.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Periksa dengan metode simpul
Menyelesaikan semua simpul memberikan gaya elemen berikut (T = tarik, C = tekan).
Momen lentur terbesar: kemiringan M berubah di mana pun gaya geser berubah, sehingga puncaknya berada di tempat gaya geser memotong nol: di bawah beban terpusat, di dalam beban merata, atau di atas tumpuan pada balok dengan kantilever. Pada tumpuan jepit kantilever momen terbesar berada di dinding. Bandingkan besar M pada tempat-tempat itu, positif (sagging) atau negatif (hogging).
Reaksi tumpuan
Ambil momen terhadap satu tumpuan, lalu pakai keseimbangan gaya vertikal.
R1 = 44,17 kN, R2 = 40,83 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua gaya pada satu sisi potongan. Positif (sagging) adalah positif, negatif (hogging) adalah negatif.
MA = 0, MB = 88,33, MC = 176,7 kN·m, MD = 145, ME = 113,3, MF = 81,67, MG = 0
Jawaban
Tanda C: MC = 176,7 kN·m
6.Gaya geser & momen lentur
Jawaban: B (x = 1 m)
Momen lentur terbesar: kemiringan M berubah di mana pun gaya geser berubah, sehingga puncaknya berada di tempat gaya geser memotong nol: di bawah beban terpusat, di dalam beban merata, atau di atas tumpuan pada balok dengan kantilever. Pada tumpuan jepit kantilever momen terbesar berada di dinding. Bandingkan besar M pada tempat-tempat itu, positif (sagging) atau negatif (hogging).
Reaksi tumpuan
Ambil momen terhadap satu tumpuan, lalu pakai keseimbangan gaya vertikal.
R1 = 101,3 kN, R2 = 43,75 kN
Momen lentur pada setiap tanda
Jumlahkan momen semua gaya pada satu sisi potongan. Positif (sagging) adalah positif, negatif (hogging) adalah negatif.
MA = 0, MB = −55 kN·m, MC = −11,25, MD = −12,5, ME = −18,75, MF = −30, MG = 0
Jawaban
Tanda B: MB = −55 kN·m
7.Lendutan balok
Jawaban: δ = 55,8 mm
Lendutan balok: lendutan diperoleh dengan mengintegrasikan kelengkungan M/(EI) dua kali. Kasus standar tersedia dalam tabel, misalnya PL³/(3EI) untuk kantilever dengan beban ujung dan 5wL⁴/(384EI) untuk balok sederhana dengan beban merata penuh. Lendutan akibat beban terpisah dijumlahkan (superposisi).
Satuan konsisten
Hitung dalam N dan mm: P dalam N, w dalam N/mm (kN/m = N/mm), L dalam mm, E dalam N/mm² (GPa × 1000), I dalam mm⁴.
w = 8 N/mm, L = 5000 mm
EI = 1,12 × 10¹³ N·mm²
Lendutan
δ = wL⁴/(8EI) = 8·5000⁴/(8·1,12 × 10¹³) = 55,8 mm
Jawaban
δ = 55,8 mm
8.Lendutan balok
Jawaban: MA = 5,625 kN·m
Lendutan balok: lendutan diperoleh dengan mengintegrasikan kelengkungan M/(EI) dua kali. Kasus standar tersedia dalam tabel, misalnya PL³/(3EI) untuk kantilever dengan beban ujung dan 5wL⁴/(384EI) untuk balok sederhana dengan beban merata penuh. Lendutan akibat beban terpisah dijumlahkan (superposisi). Untuk balok statis tak tentu, lepaskan satu tumpuan kelebihan dan syaratkan lendutan di sana nol (kompatibilitas).
Lepaskan topang
Tanpa topang, balok adalah kantilever. Ujung bebasnya akan melendut akibat beban.
δload = wL⁴/(8EI)
Kompatibilitas di topang
Gaya topang RB sendiri mengangkat ujung bebas sebesar RBL³/(3EI). Topang menahan B pada lendutan nol, jadi keduanya harus saling meniadakan. EI saling menghapus.
Tekuk Euler: kolom langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL panjang efektif: K = 1 untuk sendi–sendi, 2 untuk jepit–bebas, 0,7 untuk jepit–sendi, dan 0,5 untuk jepit–jepit. Kolom menekuk terhadap sumbu dengan I terkecil. Rumus berlaku untuk kolom langsing yang tegangan kritisnya tetap di bawah tegangan leleh.
Momen inersia terkecil
Persegi panjang menekuk terhadap sumbu lemahnya, dengan dimensi terkecil dipangkatkan tiga.
Tekuk Euler: kolom langsing menjadi tidak stabil pada Pcr = π²EI/(KL)², dengan KL panjang efektif: K = 1 untuk sendi–sendi, 2 untuk jepit–bebas, 0,7 untuk jepit–sendi, dan 0,5 untuk jepit–jepit. Kolom menekuk terhadap sumbu dengan I terkecil. Rumus berlaku untuk kolom langsing yang tegangan kritisnya tetap di bawah tegangan leleh.
Beban kritis yang diperlukan
Pcr = n·P = 2,5·40000 = 100000 N
KL = 0,7·2500 = 1750 mm
Selesaikan untuk diameter
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·100000·1750²/(π³·200000))^(1/4) = 42,16 mm
Jawaban
d = 42,16 mm
Periksa: kelangsingan KL/r adalah 166, jadi kolom langsing dan rumus Euler berlaku.
11.Titik berat & momen inersia
Jawaban: Ix = 65,49 × 10⁶ mm⁴
Penampang berlubang: perlakukan lubang sebagai luas negatif. Titik berat adalah ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), dengan A₁, y₁ untuk pelat penuh dan A₂, y₂ untuk lubang. Untuk momen inersia luas terhadap sumbu titik berat, gunakan teorema sumbu sejajar untuk setiap bagian lalu kurangkan lubangnya: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), dengan d jarak dari titik berat masing-masing bagian ke sumbu yang melalui ȳ. Persegi panjang memiliki Ic = bh³/12 dan lingkaran Ic = πd⁴/64.
Titik berat
ȳ = (20000·100 − 1963·80)/(20000 − 1963) = 102,2 mm
Pelat penuh terhadap ȳ
100·200³/12 + 20000·−2,177² = 66,76 × 10⁶ mm⁴
Lubang terhadap ȳ
π·50⁴/64 + 1963·−22,18² = 1,273 × 10⁶ mm⁴
Kurangkan
Ix = 65,49 × 10⁶ mm⁴
Jawaban
Ix = 65,49 × 10⁶ mm⁴
12.Titik berat & momen inersia
Jawaban: Ix = 134,7 × 10⁶ mm⁴
Luas gabungan: bagi penampang menjadi persegi panjang. Titik berat adalah rata-rata berbobot luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen inersia terhadap sumbu titik berat menjumlahkan bh³/12 masing-masing bagian dan suku sumbu sejajar A·d², dengan d jarak titik berat bagian ke titik berat keseluruhan. Tegangan lentur σ = M·y/I.
Bagi menjadi tiga persegi panjang
Ukur setiap y dari tepi bawah.
sayap atas: A = 2400 mm², y = 292 mm
badan: A = 2080 mm², y = 152 mm
sayap bawah: A = 4180 mm², y = 11 mm
Titik berat
ȳ = (2400·292 + 2080·152 + 4180·11)/8660 = 122,7 mm
Teorema sumbu sejajar
sayap atas: 120·20³/12 + 2400·169,3² = 6,884 × 10⁷ mm⁴
badan: 8·260³/12 + 2080·29,26² = 1,35 × 10⁷ mm⁴
sayap bawah: 190·22³/12 + 4180·111,7² = 5,236 × 10⁷ mm⁴
Ix = 6,884 × 10⁷ + 1,35 × 10⁷ + 5,236 × 10⁷
Ix = 1,347 × 10⁸ mm⁴ = 134,7 × 10⁶ mm⁴
Jawaban
Ix = 134,7 × 10⁶ mm⁴
13.Tegangan efektif tanah
Jawaban: σ = 150 kPa
Tegangan efektif (Terzaghi): butiran tanah menahan σ′ = σ − u. Tegangan total σ adalah berat semua yang ada di atas titik, Σγ·h, memakai berat isi kering di atas muka air tanah dan berat isi jenuh di bawahnya. Di bawah muka air tanah tekanan air pori bersifat hidrostatis: u = γw·(kedalaman di bawah muka air tanah).
Tegangan total
Jumlahkan berat setiap lapisan tanah di atas X. Di atas muka air tanah gunakan berat isi kering, di bawahnya berat isi jenuh.
σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 17·1 + 19·7 = 150 kPa
Jawaban
σ = 150 kPa
14.Tegangan efektif tanah
Jawaban: σ′ = 75,45 kPa
Tegangan efektif (Terzaghi): butiran tanah menahan σ′ = σ − u. Tegangan total σ adalah berat semua yang ada di atas titik, Σγ·h, memakai berat isi kering di atas muka air tanah dan berat isi jenuh di bawahnya. Di bawah muka air tanah tekanan air pori bersifat hidrostatis: u = γw·(kedalaman di bawah muka air tanah).
Tegangan total
Jumlahkan berat setiap lapisan tanah di atas X. Di atas muka air tanah gunakan berat isi kering, di bawahnya berat isi jenuh.
σ = γd·2 + γsat,sand·3 + γsat,clay·2
σ = 15·2 + 19,5·3 + 18·2 = 124,5 kPa
Tekanan air pori
Tekanan air bertambah dengan kedalaman di bawah muka air tanah.
u = γw·(z − zw) = 9,81·5 = 49,05 kPa
Tegangan efektif
σ′ = σ − u = 124,5 − 49,05 = 75,45 kPa
Jawaban
σ′ = 75,45 kPa
15.Penurunan konsolidasi
Jawaban: S = 4,092 mm
Konsolidasi primer lapisan lempung setebal H, dengan tegangan efektif di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkonsolidasi normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkonsolidasi berlebih mengalami rekompresi sepanjang Cr sampai tekanan prakonsolidasi σ′p dan baru mengikuti Cc setelah melewatinya. Waktu: t = Tv·Hdr²/cv, dengan lintasan drainase Hdr sebesar H/2 bila air dapat keluar di atas dan di bawah, dan H bila hanya satu sisi yang berdrainase.
Bandingkan dengan tekanan prakonsolidasi
σ′f = 80 + 10 = 90 kPa ≤ 120 kPa
Penurunan
Lempung tetap berada pada garis rekompresinya.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,02·8/(1 + 1)·log₁₀(90/80) = 4,092 mm
Jawaban
S = 4,092 mm
16.Penurunan konsolidasi
Jawaban: t = 2,011 tahun
Konsolidasi primer lapisan lempung setebal H, dengan tegangan efektif di tengah lapisan: σ′f = σ′0 + Δσ. Lempung terkonsolidasi normal: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Lempung terkonsolidasi berlebih mengalami rekompresi sepanjang Cr sampai tekanan prakonsolidasi σ′p dan baru mengikuti Cc setelah melewatinya. Waktu: t = Tv·Hdr²/cv, dengan lintasan drainase Hdr sebesar H/2 bila air dapat keluar di atas dan di bawah, dan H bila hanya satu sisi yang berdrainase.
Lintasan drainase
Hdr = H/2 = 7/2 = 3,5 m
Waktu
t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·3,5²/1,2 = 2,011 tahun
Jawaban
t = 2,011 tahun
17.Gaya hidrostatis
Jawaban: F = 78,48 kN
Gaya hidrostatis pada permukaan datar: F = ρ·g·yc·A. Gaya bekerja di pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang selalu berada di bawah titik berat.
Kedalaman titik berat dan luas
yc = d + H/2 = 1 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·2 = 4 m²
Gaya resultan
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·4 = 78,48 kN
Jawaban
F = 78,48 kN
18.Gaya hidrostatis
Jawaban: F = 64,89 kN
Gaya hidrostatis pada permukaan datar: F = ρ·g·yc·A. Gaya bekerja di pusat tekanan, ycp = yc + Ic/(ycA), yang selalu berada di bawah titik berat.
Kedalaman titik berat dan luas
yc = d + H/2 = 3 + 1/2 = 3,5 m
A = H·b = 1·1,5 = 1,5 m²
Gaya resultan
F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·3,5·1,5 = 64,89 kN
Jawaban
F = 64,89 kN
19.Gesekan pipa & kehilangan head
Jawaban: hf = 6,881 m
Aliran pipa: bilangan Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membedakan aliran laminar (Re di bawah sekitar 2000) dari aliran turbulen (di atas sekitar 4000). Gesekan sepanjang pipa menyebabkan kehilangan head Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Sambungan, katup, lubang masuk, dan lubang keluar menambah kerugian minor hm = ΣK·V²/(2g). Di antara dua permukaan reservoir terbuka, persamaan energi memberikan Δz = hf + hm, termasuk kerugian keluar K = 1.
Head kecepatan
V²/(2g) = 1,5²/(2·9,81) = 0,1147 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,02·(300/0,1)·1,5²/(2·9,81) = 6,881 m
Jawaban
hf = 6,881 m
20.Gesekan pipa & kehilangan head
Jawaban: H = 3,781 m
Aliran pipa: bilangan Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ membedakan aliran laminar (Re di bawah sekitar 2000) dari aliran turbulen (di atas sekitar 4000). Gesekan sepanjang pipa menyebabkan kehilangan head Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Sambungan, katup, lubang masuk, dan lubang keluar menambah kerugian minor hm = ΣK·V²/(2g). Di antara dua permukaan reservoir terbuka, persamaan energi memberikan Δz = hf + hm, termasuk kerugian keluar K = 1.
Kecepatan
V = Q/A = 0,2/0,07069 = 2,829 m/s
V²/(2g) = 0,408 m
Koefisien kerugian
f·L/D = 0,02·100/0,3 = 6,667
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 0,2 = 1,6
Persamaan energi
Pancaran keluar masih membawa head kecepatannya; itu bukan kerugian, tetapi harus disediakan.
H = (1 + 6,667 + 1,6)·0,408 = 3,781 m
Jawaban
H = 3,781 m
21.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawaban: Q = 1,029 m³/s
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam di saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n koefisien kekasaran, S kemiringan dasar (m/m), dan R = A/P jari-jari hidrolik: luas aliran dibagi keliling basah. Hanya batas yang bersentuhan dengan air yang dihitung dalam P, bukan permukaan bebas. Persegi panjang: A = b·y, P = b + 2y. Trapesium dengan kemiringan sisi z:1 (horizontal:vertikal): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Pipa bulat yang mengalir penuh atau setengah penuh memiliki R = D/4.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (3 + 1,5·0,6)·0,6 = 2,34 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 3 + 2·0,6·√(1 + 1,5²) = 5,163 m
R = A/P = 0,4532 m
Kecepatan
V = (1/0,03)·0,45322/3·0,00051/2 = 0,4398 m/s
Debit
Q = A·V = 2,34·0,4398 = 1,029 m³/s
Jawaban
Q = 1,029 m³/s
22.Aliran saluran terbuka (Manning)
Jawaban: S = 0,004992 m/m
Persamaan Manning (SI): untuk aliran seragam di saluran terbuka V = (1/n)·R2/3·S1/2 dan Q = A·V, dengan n koefisien kekasaran, S kemiringan dasar (m/m), dan R = A/P jari-jari hidrolik: luas aliran dibagi keliling basah. Hanya batas yang bersentuhan dengan air yang dihitung dalam P, bukan permukaan bebas. Persegi panjang: A = b·y, P = b + 2y. Trapesium dengan kemiringan sisi z:1 (horizontal:vertikal): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Pipa bulat yang mengalir penuh atau setengah penuh memiliki R = D/4.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (6 + 2·2)·2 = 20 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·2·√(1 + 2²) = 14,94 m
Daya pompa: daya yang diberikan kepada air adalah daya hidrolik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Poros harus menyalurkan lebih banyak karena pompa mengalami rugi: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor menarik Pel = Pshaft/ηmotor. Head pompa H diperoleh dari persamaan energi: tinggi angkat statis + head tekanan + semua kerugian gesekan dan minor.
Daya hidrolik
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,06·62 = 36,49 kW
Daya poros
Pshaft = 36,49/0,8 = 45,62 kW
Daya listrik
Pel = 45,62/0,92 = 49,58 kW
Jawaban
Pel = 49,58 kW
24.Pompa & daya pompa
Jawaban: H = 30,1 m
Daya pompa: daya yang diberikan kepada air adalah daya hidrolik Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. Poros harus menyalurkan lebih banyak karena pompa mengalami rugi: Pshaft = Ph/ηpump, dan motor menarik Pel = Pshaft/ηmotor. Head pompa H diperoleh dari persamaan energi: tinggi angkat statis + head tekanan + semua kerugian gesekan dan minor.
Kedua permukaan praktis diam, sehingga tidak ada suku head kecepatan.
H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 6 + 15,29 + 8,805 = 30,1 m
Jawaban
H = 30,1 m
25.Nilai waktu uang
Jawaban: PV = 8356 €
Nilai waktu uang: uang hari ini lebih berharga daripada jumlah yang sama nanti, karena dapat menghasilkan bunga. Dengan suku bunga i per periode, jumlah uang tumbuh menjadi FV = PV·(1 + i)n. Rangkaian pembayaran yang sama (anuitas) dinilai dengan menjumlahkan setiap pembayaran, sehingga diperoleh rumus anuitas.
Suku bunga dan jumlah periode
i = 0,02/4 = 0,005
N = 4·9 = 36
Nilai sekarang
PV = FV/(1 + i)N = 10 000/1,197 = €8 356,45
Jawaban
PV = €8 356,45
26.Nilai waktu uang
Jawaban: A = 221,8 €
Nilai waktu uang: uang hari ini lebih berharga daripada jumlah yang sama nanti, karena dapat menghasilkan bunga. Dengan suku bunga i per periode, jumlah uang tumbuh menjadi FV = PV·(1 + i)n. Rangkaian pembayaran yang sama (anuitas) dinilai dengan menjumlahkan setiap pembayaran, sehingga diperoleh rumus anuitas.
Periode pengembalian (payback period): waktu sampai arus kas kumulatif mengembalikan investasi awal. Kas dianggap masuk merata selama setiap tahun, jadi bagian terakhirnya berupa pecahan tahun. Payback sederhana mengabaikan nilai waktu uang; periode pengembalian terdiskonto memakai arus kas yang telah didiskontokan.
Arus kas terdiskonto dan kumulatif
tahun 1: 13 000/1,08 = 12 037,04 → Σ = 12 037,04
tahun 2: 13 000/1,166 = 11 145,40 → Σ = 23 182,44
tahun 3: 13 000/1,26 = 10 319,82 → Σ = 33 502,26
tahun 4: 13 000/1,36 = 9 555,39 → Σ = 43 057,65
Pecahan tahun terakhir
DPB = 3 + 6 497,74/9 555,39 = 3,68
Jawaban
DPB = 3,68 tahun
Periode pengembalian terdiskonto selalu lebih lama daripada periode pengembalian sederhana (3,077 tahun).
28.NPV & IRR
Jawaban: IRR = 11,65 %
Nilai sekarang bersih: diskontokan setiap arus kas ke hari ini dengan tingkat pengembalian yang disyaratkan r, lalu jumlahkan: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Proyek dengan NPV > 0 menghasilkan lebih dari r dan menambah nilai. Tingkat pengembalian internal (IRR) adalah tingkat yang membuat NPV = 0.
Faktor anuitas yang diperlukan
(1 − (1 + i)−5)/i = 20 000/5 500 = 3,636
Selesaikan untuk suku bunga
Faktor anuitas turun saat suku bunga naik; apit suku bunganya lalu persempit.
i = 11%: 3,696
i = 12%: 3,605
IRR = 11,65%
Jawaban
IRR = 11,65%
29.Distribusi normal
Jawaban: P = 0,7699
Distribusi normal: ubah nilai x menjadi skor z, z = (x − μ)/σ, yang menghitung berapa simpangan baku dari rata-rata. Tabel z (atau Φ(z)) memberikan luas di sebelah kiri z, yaitu P(X < x). Luas di sebelah kanan adalah 1 − Φ(z), dan luas di antara dua nilai adalah selisih kedua luasnya.
Skor z
z₁ = (452 − 500)/40 = −1,2
z₂ = (548 − 500)/40 = 1,2
Luas di antara
P = Φ(1,2) − Φ(−1,2) = 0,8849 − 0,1151 = 0,7699
Jawaban
P = 0,7699
30.Distribusi normal
Jawaban: P = 0,8413
Jumlah dan selisih variabel normal: jika X dan Y saling bebas dan normal, maka X + Y dan X − Y juga normal. Rata-rata dijumlahkan atau dikurangkan: E(X ± Y) = μX ± μY. Variansi selalu dijumlahkan, juga untuk selisih: Var(X ± Y) = σX² + σY², sehingga σ = √(σX² + σY²). Simpangan baku tidak pernah dijumlahkan secara langsung. Total n butir yang saling bebas dan berdistribusi sama memiliki rata-rata n·μ dan simpangan baku σ·√n. Lalu standarkan seperti biasa: z = (x − rata-rata)/σ dan baca Φ(z).
Distribusi selisih
μ = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g
Standarkan
z = (0 − 10)/10 = −1
Peluang
P = 1 − Φ(−1) = 0,8413
Jawaban
P = 0,8413
Ini adalah materi latihan independen. ExamProblems tidak berafiliasi dengan atau didukung oleh organisasi penyelenggara ujian ini, dan nama ujian hanya digunakan untuk menggambarkan isinya. FE exam diselenggarakan oleh NCEES, yang tidak berafiliasi dengan ExamProblems dan tidak mendukungnya.