Oefenen voor het FE Civil-examen: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 30 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgavenTerug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Oplegreacties van balken

Evenwicht
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Gelijkmatig verdeelde belasting
resultante w·L in het midden van de belasting
Moment
M = F·d

Methode

  1. Teken een vrijlichaamsschema en vervang elke oplegging door haar reactiekrachten.
  2. Vervang elke verdeelde belasting door één kracht in haar zwaartepunt.
  3. Neem momenten om één oplegging om de reactiekracht in de andere te vinden.
  4. Gebruik ΣFy = 0 om de overige reactiekracht te vinden, en controleer met een tweede momentenvergelijking.

Vakwerk: knopenmethode

Knopenmethode
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Snedemethode
ΣM = 0 about a cut point
Staafkracht
positief = trek, negatief = druk

Methode

  1. Bepaal de oplegreacties van het hele vakwerk.
  2. Knopenmethode: begin bij een knoop met hooguit twee onbekende staafkrachten en gebruik ΣFx = 0 en ΣFy = 0.
  3. Snedemethode: snijd door de staaf die je nodig hebt en neem momenten om een punt waar de andere onbekende staven samenkomen.
  4. Neem trek aan; een negatief antwoord betekent druk.

Dwarskracht en buigend moment

Dwarskracht en moment
V = ΣF aan één kant, M = ΣF·d aan één kant
Buigspanning
σ = M·y/I
Rechthoek
I = bh³/12
Weerstandsmoment
W = I/ymax
Ligger op twee steunpunten, gelijkmatige belasting
Mmax = wL²/8

Methode

  1. Bepaal de oplegreacties uit het evenwicht van de hele balk.
  2. Snijd de balk door in de doorsnede die je nodig hebt en houd één kant over.
  3. Dwarskracht: de som van de verticale krachten op die kant. Buigend moment: de som van hun momenten om de snede.
  4. Zoek voor het maximale moment de plek waar de dwarskracht nul is.

Doorbuiging van de balk

Puntlast in het midden
δ = PL³/(48EI)
Gelijkmatige belasting, ligger op twee steunpunten
δ = 5wL⁴/(384EI)
Uitkraging, eindlast
δ = PL³/(3EI)
Uitkraging, gelijkmatige belasting
δ = wL⁴/(8EI)
Superpositie
δ = δ1 + δ2

Knik van kolommen

Eulerse kniklast
Pcr = π²EI/(KL)²
Kniklengtefactor
K = 1 scharnierend–scharnierend, 0,5 ingeklemd–ingeklemd, 0,7 ingeklemd–scharnierend, 2 ingeklemd–vrij
Kritieke spanning
σcr = Pcr/A
Slankheid
λ = KL/r, r = √(I/A)

Zwaartepunt en traagheidsmoment

Zwaartepunt
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Rechthoek
I = bh³/12
Stelling van Steiner
I = Ic + A·d²
Samengestelde doorsnede
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Effectieve spanning in grond

Totale spanning
σ = Σγi·hi
Waterspanning
u = γw·(z − zw)
Effectieve spanning
σ′ = σ − u
Water
γw = 9,81 kN/m³

Consolidatiezetting

Normaal geconsolideerd
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Eindspanning
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Overgeconsolideerd, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Overgeconsolideerd, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Overconsolidatiegraad
OCR = σ′p/σ′0
Consolidatietijd
t = Tv·Hdr²/cv
Drainageweg
Hdr = H/2 (tweezijdige drainage), H (eenzijdige drainage)
Tijdfactoren
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Hydrostatische kracht

Druk op diepte
p = ρgh
Kracht op een verticale wand
F = ρg·hc·A
Drukpunt
yp = yc + Ic/(ycA)
Rechthoek
Ic = bH³/12

Leidingwrijving en drukhoogteverlies

Getal van Reynolds
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Stromingsregime
laminair onder Re ≈ 2000, turbulent boven Re ≈ 4000
Gemiddelde snelheid
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Plaatselijke verliezen
hm = ΣK·V²/(2g)
Gangbare K-waarden
intrede 0,5, uittrede 1,0, bocht van 90° ≈ 0,3
Drukval
Δp = ρ·g·hf
Twee open reservoirs
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Vrije uitstroming
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Stroming in open waterlopen (Manning)

Formule van Manning
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Debiet
Q = A·V
Hydraulische straal
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Rechthoek
A = b·y, P = b + 2y
Trapezium (taludhelling z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Ronde buis, vol of half vol
R = D/4
Benodigd verhang
S = (n·Q/(A·R2/3))²

Pompen en pompvermogen

Hydraulisch vermogen
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Asvermogen
Pshaft = Ph/ηpump
Elektrisch vermogen
Pel = Pshaft/ηmotor
Opvoerhoogte van de pomp
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Systeemverliezen
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Tijdswaarde van geld

Eindwaarde
FV = PV·(1 + i)n
Contante waarde
PV = FV/(1 + i)n
Meerdere perioden per jaar
i = r/m, N = m·n
Annuïteit, contante waarde
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Annuïteit, eindwaarde
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

Methode

  1. Teken een tijdlijn met elke kasstroom en het moment waarop die valt.
  2. Laat de rente aansluiten bij de periode: een maandrente voor maandelijkse betalingen.
  3. Gebruik FV = PV·(1 + i)ⁿ voor losse bedragen en de annuïteitenformules voor gelijke betalingen.
  4. Controleer het teken en de orde van grootte van het antwoord.

NCW & IRR

Netto contante waarde
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Gelijke kasstromen
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
Interne rentevoet
de r waarbij NPV = 0
Beslissing
accepteren als NPV > 0 (of IRR > vereist rendement)

Methode

  1. Zet alle kasstromen met hun jaar op een rij; de investering in jaar 0 is negatief.
  2. Disconteer elke kasstroom: CFt/(1 + r)t.
  3. Tel ze op om de NCW te krijgen. Positief betekent dat het project meer oplevert dan r.
  4. Zoek voor de IRR de rente waarbij de NCW nul wordt, door proberen of interpoleren.

Normale verdeling

z-score
z = (x − μ)/σ
Onder x
P(X < x) = Φ(z)
Boven x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tussen
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentiel
x = μ + z·σ

Methode

  1. Reken de waarde om naar een z-score: z = (x − μ)/σ.
  2. Zoek Φ(z) op, het oppervlak links van z.
  3. Gebruik voor het oppervlak rechts 1 − Φ(z); trek voor een interval de twee linkeroppervlakken van elkaar af.
  4. Werk voor een percentiel terug: zoek z bij het oppervlak, dan x = μ + z·σ.

2Oefenopgaven

1.Oplegreacties van balkenGemiddeld
w0​ = 15 kN/mABRA​ = ?4 m

De vrij opgelegde balk (scharnier in A, rol in B) draagt een lineair verlopende belasting die afloopt van 15 kN/m in A tot nul in B. Vind de verticale oplegreactie RA.

L = 4 mw0 = 15 kN/m
RA = kN
2.Oplegreacties van balkenMoeilijk
w = 6 kN/mP = 10 kNABRA​RB​ = ?3 m1 m1 m3 m

De vrij opgelegde balk heeft een scharnier in A en een rol in B. Vind de verticale oplegreactie RB.

L = 8 mP = 10 kN op 4 mw = 6 kN/m van 3 tot 5 m
RB = kN
3.Vakwerk: knopenmethodeGemiddeld
ABCDEFGH15 kN35 kN40 kN30 kN4 × 3 m4 m

Precies één staaf van dit vakwerk draagt onder deze belastingen geen kracht. Welke is de nulstaaf? Klik erop in het diagram.

D: 15 kN ↓F: 35 kN ↓G: 40 kN ↓H: 30 kN ↓
  1. 1staaf AB
  2. 2staaf BC
  3. 3staaf CD
  4. 4staaf DE
  5. 5staaf FG
  6. 6staaf GH
  7. 7staaf AF
  8. 8staaf HE
  9. 9staaf BF
  10. 10staaf CG
  11. 11staaf DH
  12. 12staaf FC
  13. 13staaf HC
4.Vakwerk: knopenmethodeMoeilijk
ABCDEFGH35 kN25 kN15 kN40 kN15 kN10 kN4 × 4 m3 m

Precies één staaf van dit vakwerk draagt onder deze belastingen geen kracht. Welke is de nulstaaf? Klik erop in het diagram.

B: 35 kN ↓C: 25 kN ↓F: 15 kN ↓G: 40 kN ↓H: 15 kN ↓H: 10 kN ←
  1. 1staaf AB
  2. 2staaf BC
  3. 3staaf CD
  4. 4staaf DE
  5. 5staaf FG
  6. 6staaf GH
  7. 7staaf AF
  8. 8staaf HE
  9. 9staaf BF
  10. 10staaf CG
  11. 11staaf DH
  12. 12staaf FC
  13. 13staaf HC
5.Dwarskracht en buigend momentGemiddeld
30 kN45 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 m

De markeringen A tot en met G verdelen de balk in zes gelijke delen. Bij welke markering is het buigend moment het grootst in absolute waarde, positief of negatief? Klik erop in het diagram.

30 kN @ 10 m45 kN @ 4 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
6.Dwarskracht en buigend momentMoeilijk
8 kN/m55 kN55 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 m

De markeringen A tot en met G verdelen de balk in zes gelijke delen. Bij welke markering is het buigend moment het grootst in absolute waarde, positief of negatief? Klik erop in het diagram.

55 kN @ 6 m55 kN @ 1 m8 kN/m, 0–5 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
7.Doorbuiging van de balkGemiddeld
w = 10 kN/mδL = 1,5 m

Een uitkragende ligger draagt een gelijkmatig verdeelde belasting w over de hele lengte. Vind de doorbuiging δ aan het vrije uiteinde.

w = 10 kN/mL = 1,5 mE = 200 GPa (staal)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Doorbuiging van de balkMoeilijk
w = 5 kN/mAB3 m

Een ingeklemde ligger is ingeklemd in A en vrij opgelegd (gesteund) in B. Hij draagt een gelijkmatig verdeelde belasting w over de hele lengte. EI is constant. Vind de grootte van het buigend moment MA bij de inklemming.

L = 3 mw = 5 kN/m
MA = kN·m
9.Knik van kolommenGemiddeld
PL = 6 md = 50 mmdoorsnede

Een kolom met lengte L van staal is onderaan ingeklemd en bovenaan vrij. Vind met de formule van Euler de kritieke knikbelasting Pcr.

L = 6 mE = 200 GPa (staal)d = 50 mm
Pcr = kN
10.Knik van kolommenMoeilijk
PL = 6 md = 80 mmdoorsnede

Een kolom met lengte L van aluminium is aan beide uiteinden scharnierend. Vind de slankheid en de kritieke knikspanning σcr met de formule van Euler.

L = 6 mE = 70 GPa (aluminium)d = 80 mm
σcr = MPa
11.Zwaartepunt en traagheidsmomentGemiddeld
26090t = 18xafmetingen in mm

Een U-profiel ligt met de open kant naar boven: een bodemplaat van 260 mm breed met twee opstaande benen, 90 mm hoog in totaal. Bodem en benen zijn allemaal 18 mm dik. Vind het traagheidsmoment Ix om de horizontale as x door het zwaartepunt.

b = 260 mmh = 90 mmt = 18 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Zwaartepunt en traagheidsmomentMoeilijk
200203008xdoorbuigend Mafmetingen in mm

Een gietijzeren balk heeft het getekende T-profiel, met de flens boven. De toelaatbare spanningen zijn 40 MPa op trek en 120 MPa op druk. Vind het grootste doorbuigende (sagging) moment Mallow dat de balk kan dragen.

bf = 200 mmtf = 20 mmtw = 8 mmhw = 300 mmσt,allow = 40 MPaσc,allow = 120 MPa
Mallow = kN·m
13.Effectieve spanning in grondGemiddeld
zandγd​ = 17 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³9 mgrondwaterstandXz = 8 m

Vind voor het getoonde grondprofiel de verticale effectieve spanning σ′ in punt X.

z = 8 mzw = 4 mγw = 9,81 kN/m³zand: γd = 17 kN/m³zand: γsat = 20,5 kN/m³
σ′ = kPa
14.Effectieve spanning in grondMoeilijk
zandγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³5 mkleiγsat​ = 18 kN/m³5 mgrondwaterstandXz = 7,5 m

Vind voor het getoonde grondprofiel de verticale effectieve spanning σ′ in punt X.

z = 7,5 mzw = 3 mγw = 9,81 kN/m³zand: γd = 15 kN/m³zand: γsat = 20,5 kN/m³klei: γsat = 18 kN/m³
σ′ = kPa
15.ConsolidatiezettingGemiddeld
Δσ = 180 kPazandkleiCc​ = 0,5, Cr​ = 0,02e0​ = 0,85σ′0​ = 40 kPaOCR = 2,55,5 mgrondwaterstand

Een overgeconsolideerde kleilaag van 5,5 m dik heeft Cc = 0,5, Cr = 0,02 en e₀ = 0,85. Halverwege de laag is de effectieve verticale spanning 40 kPa en de overconsolidatiegraad is OCR = 2,5. Een nieuw gebouw voegt halverwege de laag 180 kPa verticale spanning toe. Vind de primaire consolidatiezetting S in mm.

H = 5,5 mCc = 0,5Cr = 0,02e0 = 0,85σ′0 = 40 kPaOCR = 2,5Δσ = 180 kPa
S = mm
16.ConsolidatiezettingMoeilijk
zandkleiH = 8,5 m8,5 mondoorlatend gesteentegrondwaterstand

Bij een oedometerproef in het laboratorium bereikt een kleimonster van 20 mm dik, gedraineerd aan boven- en onderkant, 50% consolidatie in 8 min. In het veld vormt dezelfde klei een laag van 8,5 m dik. Ze ligt op ondoorlatend gesteente, met zand erboven, dus water draineert alleen aan de bovenkant weg. Hoeveel dagen t heeft de laag in het veld nodig om 50% consolidatie te bereiken?

hlab = 20 mmtlab = 8 minH = 8,5 mveld: eenzijdige drainage
t = dagen
17.Hydrostatische krachtGemiddeld
schuifd = 1,5 mH = 2 m

Een verticale rechthoekige schuif van 1,5 m breed zit in de wand van een tank met water, met de bovenrand 1,5 m onder het oppervlak. Vind de resulterende hydrostatische kracht F op de schuif.

d = 1,5 mH = 2 mb = 1,5 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Hydrostatische krachtMoeilijk
schuifd = 3 mH = 3 m

Een verticale rechthoekige schuif van 1 m breed zit in de wand van een tank met zeewater, met de bovenrand 3 m onder het oppervlak. Vind de diepte ycp van het drukpunt onder het oppervlak.

d = 3 mH = 3 mb = 1 mρ = 1025 kg/m³g = 9,81 m/s²
ycp = m
19.Leidingwrijving en drukhoogteverliesGemiddeld
V = 2,5 m/sD = 75 mmL = 50 mf = 0,02

Water (ρ = 1000 kg/m³) stroomt met 2,5 m/s door een horizontale leiding van 50 m lang met een binnendiameter van 75 mm. Gebruik de Darcy-wrijvingsfactor f = 0,02 en g = 9,81 m/s². Vind de drukval Δp over de leiding in kPa.

V = 2,5 m/sL = 50 mD = 75 mmf = 0,02ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.Leidingwrijving en drukhoogteverliesMoeilijk
K = 10Δz = ?L = 150 m, D = 200 mm, f = 0,023× bocht (K = 0,3)

Twee open reservoirs zijn verbonden door een leiding van 150 m lang met een binnendiameter van 200 mm en een Darcy-wrijvingsfactor f = 0,02. De plaatselijke verliezen zijn een scherpe intrede (K = 0,5), 3 bochten (K = 0,3 per stuk), een afsluiter (K = 10) en de uittrede in het lagere reservoir (K = 1,0). Gebruik g = 9,81 m/s². Welk niveauverschil Δz tussen de reservoirs geeft een debiet van 75 L/s?

Q = 75 L/sL = 150 mD = 200 mmf = 0,02Kentrance = 0,5Kbend = 0,3 (×3)Kvalve = 10Kexit = 1,0
Δz = m
21.Stroming in open waterlopen (Manning)Gemiddeld
D = 900 mmn = 0,013, S = 0,0015

Een betonnen regenwaterriool met een binnendiameter van 900 mm stroomt net vol (als open waterloop, niet onder druk). Manning-n = 0,013 en het verhang is S = 0,0015. Vind het debiet Q in m³/s.

D = 900 mmn = 0,013S = 0,0015
Q = m³/s
22.Stroming in open waterlopen (Manning)Moeilijk
D = 375 mmn = 0,013, V = 0,6 m/s

Een betonnen riool met een binnendiameter van 375 mm (Manning-n = 0,013) moet bij net volle stroming een zelfreinigende snelheid van 0,6 m/s halen. Vind het minimale verhang S (in m/m).

D = 375 mmn = 0,013V = 0,6 m/s
S = m/m
23.Pompen en pompvermogenGemiddeld
PQ = 20 L/sH = 32 m

Bij een test levert een pomp 20 L/s water (ρ = 1000 kg/m³) tegen een opvoerhoogte van 32 m, terwijl de as 8 kW opneemt. Gebruik g = 9,81 m/s². Vind het pomprendement η in procent.

Q = 20 L/sH = 32 mPshaft = 8 kWg = 9,81 m/s²
η = %
24.Pompen en pompvermogenMoeilijk
350 kPa (overdruk)PQ = 20 L/sΔz = 14 mL = 100 m, D = 100 mm, f = 0,02, ΣK = 5

Een pomp verplaatst 20 L/s water (ρ = 1000 kg/m³) van een open lager reservoir naar een hoger gelegen tank waarvan het wateroppervlak 14 m hoger ligt. De leiding is 100 m lang met een binnendiameter van 100 mm en een Darcy-wrijvingsfactor f = 0,02; de coëfficiënten voor plaatselijke verliezen tellen op tot ΣK = 5 (intrede en uittrede inbegrepen). Gebruik g = 9,81 m/s². De bovenste tank is gesloten en de lucht boven het water staat op een overdruk van 350 kPa. Vind de opvoerhoogte H die de pomp moet toevoegen.

Q = 20 L/sΔz = 14 mL = 100 mD = 100 mmf = 0,02ΣK = 5ptank = 350 kPa
H = m
25.Tijdswaarde van geldGemiddeld
jaar012345PV = ?€40 000

Je hebt over 5 jaar €40 000 nodig. Een rekening geeft 2 % per jaar, maandelijks samengesteld. Hoeveel moet je vandaag storten? Bereken de contante waarde PV.

FV = €40 0002% / 12n = 5
PV = €
26.Tijdswaarde van geldMoeilijk
maanden0123…N = ?€15 000€225€225€225€2257,2% / 12

Je leent €15 000 tegen 7,2 % per jaar, maandelijks samengesteld, en betaalt aan het eind van elke maand €225 terug. Hoeveel maanden duurt het tot de lening is afgelost (de laatste betaling mag kleiner zijn)? Geef het aantal betalingen N.

P = €15 000A = €2257,2% / 12
N = betalingen
27.NCW & IRRGemiddeld
jaar012345−30 0007 0007 0007 0007 00014 500

Een machine kost vandaag €30 000. Ze levert 5 jaar lang aan het eind van elk jaar €7 000 op en kan daarna voor €7 500 worden verkocht. De vermogenskosten zijn 6 %. Bereken de netto contante waarde NPV.

C0 = €30 000CF = €7 000S = €7 500n = 5r = 6%
NPV = €
28.NCW & IRRMoeilijk
jaar012−50 00029 50034 000

Een project kost €50 000 en levert aan het eind van jaar 1 tot en met 2 €29 500, €34 000 op. Bereken de interne rentabiliteit IRR in procenten.

CF0 = −50 000CF1 = 29 500CF2 = 34 000
IRR = %
29.Normale verdelingGemiddeld
32 min35,8 minX + Y?

X is normaal verdeeld met gemiddelde 12 min en standaardafwijking 1,5 min; Y is onafhankelijk en normaal verdeeld met gemiddelde 20 min en standaardafwijking 2 min. Bepaal de kans P dat X + Y groter is dan 35,8 min. Rond z af op twee decimalen.

μX = 12, σX = 1,5μY = 20, σY = 2X + Y > 35,8 min
P =
30.Normale verdelingMoeilijk
157164171178185192199cmonder 30%

De lengtes van volwassen mannen zijn normaal verdeeld met gemiddelde 178 cm en standaardafwijking 7 cm. Sleep de grenswaarde zo dat de gearceerde onderste 30% links ervan ligt. Bepaal de grenswaarde x.

μ = 178 cmσ = 7 cm30%
x = cm

3Oplossingen

1.Oplegreacties van balken

Antwoord: RA = 20 kN

Statisch evenwicht: een lichaam in rust heeft ΣFx = 0, ΣFy = 0 en ΣM = 0 om elk punt. Vervang elke verdeelde belasting door haar resultante (de oppervlakte) die aangrijpt in het zwaartepunt van het belastingsdiagram, en neem momenten om een oplegging om de reactie van die oplegging uit de vergelijking te halen.

Resultante van de driehoeksbelasting

W = ½·15·4 = 30 kN
x̄ = L/3 = 1,333 m

Evenwicht

Momenten om A, tegen de klok in positief. Daarna het verticale krachtenevenwicht.

ΣMA = 0: RB·4 = 30·1,333
RB = 10 kN
RA = 30 − 10 = 20 kN

Antwoord

RA = 20 kN
2.Oplegreacties van balken

Antwoord: RB = 11 kN

Statisch evenwicht: een lichaam in rust heeft ΣFx = 0, ΣFy = 0 en ΣM = 0 om elk punt. Momenten nemen om één oplegging haalt de reactie van die oplegging uit de vergelijking.

w = 6 kN/mP = 10 kNABRA​RB​3 m1 m1 m3 m

Vrijlichaamsschema

Vervang de opleggingen door reactiekrachten. Een rol geeft één verticale reactie; met alleen verticale belastingen geeft het scharnier ook één verticale reactie.

Evenwicht

Momenten om A, tegen de klok in positief. Daarna het verticale krachtenevenwicht.

Resultante van de verdeelde belasting: W = w·ℓ = 6·2 = 12 kN, aangrijpend op x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·8 = 10·4 + 6·2·4
RB = 88/8 = 11 kN
ΣFy = 0: RA = 22 − 11 = 11 kN

Antwoord

RB = 11 kN
3.Vakwerk: knopenmethode

Antwoord: staaf BF

Nulstaven: in een knooppunt moeten de krachten in elke richting in evenwicht zijn. Als een knooppunt geen belasting en geen oplegging heeft, en twee van zijn drie staven op één lijn liggen, dan betrekt het evenwicht dwars op die lijn alleen de derde staaf, dus haar kracht is nul. Als er maar twee staven samenkomen in een onbelast knooppunt en ze niet op één lijn liggen, zijn beide nul.

Knooppunt B

AB en BC liggen op één rechte lijn en het knooppunt draagt geen belasting. Het krachtenevenwicht dwars op die lijn laat alleen BF over.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

Controleer met de knooppuntenmethode

Het oplossen van alle knooppunten geeft deze staafkrachten (T = trek, C = druk).

AB: 43,13 kN (T), BC: 43,13 kN (T), CD: 46,87 kN (T), DE: 46,87 kN (T), FG: 60 kN (C), GH: 60 kN (C), AF: 71,88 kN (C), HE: 78,13 kN (C), BF: 0, CG: 40 kN (C), DH: 15 kN (T), FC: 28,13 kN (T), HC: 21,88 kN (T)

Antwoord

Nulstaaf: BF
4.Vakwerk: knopenmethode

Antwoord: staaf DH

Nulstaven: in een knooppunt moeten de krachten in elke richting in evenwicht zijn. Als een knooppunt geen belasting en geen oplegging heeft, en twee van zijn drie staven op één lijn liggen, dan betrekt het evenwicht dwars op die lijn alleen de derde staaf, dus haar kracht is nul. Als er maar twee staven samenkomen in een onbelast knooppunt en ze niet op één lijn liggen, zijn beide nul.

Knooppunt D

CD en DE liggen op één rechte lijn en het knooppunt draagt geen belasting. Het krachtenevenwicht dwars op die lijn laat alleen DH over.

ΣF⊥ = 0 → FDH = 0

Controleer met de knooppuntenmethode

Het oplossen van alle knooppunten geeft deze staafkrachten (T = trek, C = druk).

AB: 90,83 kN (T), BC: 90,83 kN (T), CD: 72,5 kN (T), DE: 72,5 kN (T), FG: 135 kN (C), GH: 135 kN (C), AF: 126 kN (C), HE: 90,62 kN (C), BF: 35 kN (T), CG: 40 kN (C), DH: 0, FC: 42,71 kN (T), HC: 65,63 kN (T)

Antwoord

Nulstaaf: DH
5.Dwarskracht en buigend moment

Antwoord: C (x = 4 m)

Grootste buigend moment: M verandert van helling overal waar de dwarskracht verandert, dus de pieken liggen waar de dwarskracht door nul gaat: onder een puntlast, binnen een verdeelde last, of boven een oplegging van een uitkragende balk. Bij een ingeklemde oplegging van een console is het moment het grootst bij de wand. Vergelijk de grootte van M op die plaatsen, positief (doorbuigend) of negatief (opbuigend).

Oplegreacties

Neem momenten om één oplegging en gebruik dan het verticale krachtenevenwicht.

R1 = 35 kN, R2 = 40 kN

Buigend moment bij elke markering

Tel de momenten van alle krachten aan één kant van de snede op. Een doorbuigend moment is positief, een opbuigend moment negatief.

MA = 0, MB = 70, MC = 140 kN·m, MD = 120, ME = 100, MF = 80, MG = 0

Antwoord

Markering C: MC = 140 kN·m
6.Dwarskracht en buigend moment

Antwoord: F (x = 5 m)

Grootste buigend moment: M verandert van helling overal waar de dwarskracht verandert, dus de pieken liggen waar de dwarskracht door nul gaat: onder een puntlast, binnen een verdeelde last, of boven een oplegging van een uitkragende balk. Bij een ingeklemde oplegging van een console is het moment het grootst bij de wand. Vergelijk de grootte van M op die plaatsen, positief (doorbuigend) of negatief (opbuigend).

Oplegreacties

Neem momenten om één oplegging en gebruik dan het verticale krachtenevenwicht.

R1 = 53 kN, R2 = 97 kN

Buigend moment bij elke markering

Tel de momenten van alle krachten aan één kant van de snede op. Een doorbuigend moment is positief, een opbuigend moment negatief.

MA = 0, MB = 49, MC = 35, MD = 13, ME = −17, MF = −55 kN·m, MG = 0

Antwoord

Markering F: MF = −55 kN·m
7.Doorbuiging van de balk

Antwoord: δ = 2,637 mm

Doorbuiging van balken: doorbuigingen volgen uit het twee keer integreren van de kromming M/(EI). Standaardgevallen staan in tabellen, bijvoorbeeld PL³/(3EI) voor een uitkragende ligger met een eindlast en 5wL⁴/(384EI) voor een vrij opgelegde balk onder een volledige gelijkmatige belasting. Doorbuigingen door afzonderlijke belastingen tellen op (superpositie).

Consistente eenheden

Werk in N en mm: P in N, w in N/mm (kN/m = N/mm), L in mm, E in N/mm² (GPa × 1000), I in mm⁴.

w = 10 N/mm, L = 1500 mm
EI = 2,4 × 10¹² N·mm²

Doorbuiging

δ = wL⁴/(8EI) = 10·1500⁴/(8·2,4 × 10¹²) = 2,637 mm

Antwoord

δ = 2,637 mm
8.Doorbuiging van de balk

Antwoord: MA = 5,625 kN·m

Doorbuiging van balken: doorbuigingen volgen uit het twee keer integreren van de kromming M/(EI). Standaardgevallen staan in tabellen, bijvoorbeeld PL³/(3EI) voor een uitkragende ligger met een eindlast en 5wL⁴/(384EI) voor een vrij opgelegde balk onder een volledige gelijkmatige belasting. Doorbuigingen door afzonderlijke belastingen tellen op (superpositie). Haal bij een statisch onbepaalde balk een overtollige oplegging weg en eis dat de doorbuiging daar nul is (vormveranderingsvoorwaarde).

Haal de steunoplegging weg

Zonder de steunoplegging is de balk een uitkragende ligger. Het vrije uiteinde zou onder de belasting doorbuigen.

δload = wL⁴/(8EI)

Vormveranderingsvoorwaarde bij de steunoplegging

De steunkracht RB alleen tilt het vrije uiteinde op met RBL³/(3EI). De steunoplegging houdt B op nul doorbuiging, dus de twee moeten elkaar opheffen. EI valt weg.

RB·L³/(3EI) = wL⁴/(8EI) → RB = 3wL/8 = 3·5·3/8 = 5,625 kN

Moment bij de inklemming

Momenten om A van de belastingen en de steunkracht.

MA = wL²/2 − RB·L = 22,5 − 16,88 = 5,625 kN·m

Antwoord

MA = 5,625 kN·m
9.Knik van kolommen

Antwoord: Pcr = 4,205 kN

Knik volgens Euler: een slanke kolom wordt instabiel bij Pcr = π²EI/(KL)², waarbij KL de kniklengte is: K = 1 voor scharnier–scharnier, 2 voor ingeklemd–vrij, 0,7 voor ingeklemd–scharnier en 0,5 voor ingeklemd–ingeklemd. De kolom knikt om de as met de kleinste I. De formule geldt voor slanke kolommen, waarvan de kritieke spanning onder de vloeigrens blijft.

Kleinste traagheidsmoment

Een ronde doorsnede heeft om elke as dezelfde I.

I = πd⁴/64 = π·50⁴/64 = 306796 mm⁴

Kniklengte

KL = 2·6000 = 12000 mm

Kritieke belasting

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·306796/12000² = 4205 N = 4,205 kN

Antwoord

Pcr = 4,205 kN
10.Knik van kolommen

Antwoord: σcr = 7,676 MPa

Knik volgens Euler: een slanke kolom wordt instabiel bij Pcr = π²EI/(KL)², waarbij KL de kniklengte is: K = 1 voor scharnier–scharnier, 2 voor ingeklemd–vrij, 0,7 voor ingeklemd–scharnier en 0,5 voor ingeklemd–ingeklemd. De kolom knikt om de as met de kleinste I. De formule geldt voor slanke kolommen, waarvan de kritieke spanning onder de vloeigrens blijft.

Kleinste traagheidsmoment

Een ronde doorsnede heeft om elke as dezelfde I.

I = πd⁴/64 = π·80⁴/64 = 2,011 × 10⁶ mm⁴

Traagheidsstraal en slankheid

A = 5027 mm²
r = √(I/A) = √(2,011 × 10⁶/5027) = 20 mm
KL = 1·6000 = 6000 mm
KL/r = 6000/20 = 300

Kritieke spanning

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/300² = 7,676 MPa

Antwoord

σcr = 7,676 MPa
11.Zwaartepunt en traagheidsmoment

Antwoord: Ix = 4,624 × 10⁶ mm⁴

Samengestelde doorsneden: verdeel de doorsnede in rechthoeken. Het zwaartepunt is het oppervlaktegewogen gemiddelde ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Het traagheidsmoment om de zwaartepuntsas telt voor elk deel de eigen bh³/12 en de Steinerterm A·d² op, waarbij d de afstand is van het zwaartepunt van het deel tot het totale zwaartepunt. De buigspanning is σ = M·y/I.

Verdeel in rechthoeken

Neem de bodem over de volle breedte en de twee benen daarboven (hoogte h − t), zodat niets dubbel geteld wordt.

basis: A1 = 260·18 = 4680 mm², y1 = 9 mm
twee benen: A2 = 2·18·72 = 2592 mm², y2 = 18 + 72/2 = 54 mm

Zwaartepunt

ȳ = (4680·9 + 2592·54)/7272 = 25,04 mm

Stelling van Steiner

basis: 260·18³/12 + 4680·(9 − 25,04)² = 1,33 × 10⁶ mm⁴
twee benen: 2·18·72³/12 + 2592·(54 − 25,04)² = 3,294 × 10⁶ mm⁴
Ix = 1,33 × 10⁶ + 3,294 × 10⁶
Ix = 4,624 × 10⁶ mm⁴ = 4,624 × 10⁶ mm⁴

Antwoord

Ix = 4,624 × 10⁶ mm⁴
12.Zwaartepunt en traagheidsmoment

Antwoord: Mallow = 9,045 kN·m

Samengestelde doorsneden: verdeel de doorsnede in rechthoeken. Het zwaartepunt is het oppervlaktegewogen gemiddelde ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Het traagheidsmoment om de zwaartepuntsas telt voor elk deel de eigen bh³/12 en de Steinerterm A·d² op, waarbij d de afstand is van het zwaartepunt van het deel tot het totale zwaartepunt. De buigspanning is σ = M·y/I.

Zwaartepunt

ȳ = (4000·310 + 2400·150)/6400 = 250 mm
bovenrand: c = 320 − 250 = 70 mm

Traagheidsmoment

I = 200·20³/12 + 4000·60² + 8·300³/12 + 2400·100² = 5,653 × 10⁷ mm⁴

Toelaatbaar moment per rand

Doorbuigend: de bovenkant staat op druk, de onderkant op trek.

bovenrand: M = 120·5,653 × 10⁷/70 = 96,91 kN·m
onderrand: M = 40·5,653 × 10⁷/250 = 9,045 kN·m

Maatgevende waarde

Mallow = min = 9,045 kN·m (onderrand)

Antwoord

Mallow = 9,045 kN·m
13.Effectieve spanning in grond

Antwoord: σ′ = 110,8 kPa

Effectieve spanning (Terzaghi): het korrelskelet draagt σ′ = σ − u. De totale spanning σ is het gewicht van alles boven het punt, Σγ·h, met het droge volumegewicht boven de grondwaterstand en het verzadigde eronder. Onder de grondwaterstand is de waterspanning hydrostatisch: u = γw·(diepte onder de grondwaterstand).

Totale spanning

Tel het gewicht op van elke grondlaag boven X. Boven de grondwaterstand gebruik je het droge volumegewicht, eronder het verzadigde.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 17·4 + 20,5·4 = 150 kPa

Waterspanning

De waterdruk neemt toe met de diepte onder de grondwaterstand.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa

Effectieve spanning

σ′ = σ − u = 150 − 39,24 = 110,8 kPa

Antwoord

σ′ = 110,8 kPa
14.Effectieve spanning in grond

Antwoord: σ′ = 86,85 kPa

Effectieve spanning (Terzaghi): het korrelskelet draagt σ′ = σ − u. De totale spanning σ is het gewicht van alles boven het punt, Σγ·h, met het droge volumegewicht boven de grondwaterstand en het verzadigde eronder. Onder de grondwaterstand is de waterspanning hydrostatisch: u = γw·(diepte onder de grondwaterstand).

Totale spanning

Tel het gewicht op van elke grondlaag boven X. Boven de grondwaterstand gebruik je het droge volumegewicht, eronder het verzadigde.

σ = γd·3 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2,5
σ = 15·3 + 20,5·2 + 18·2,5 = 131 kPa

Waterspanning

De waterdruk neemt toe met de diepte onder de grondwaterstand.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4,5 = 44,15 kPa

Effectieve spanning

σ′ = σ − u = 131 − 44,15 = 86,85 kPa

Antwoord

σ′ = 86,85 kPa
15.Consolidatiezetting

Antwoord: S = 532,7 mm

Primaire consolidatie van een kleilaag met dikte H, met de effectieve spanning in het midden van de laag: σ′f = σ′0 + Δσ. Normaal geconsolideerde klei: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Overgeconsolideerde klei wordt langs Cr opnieuw samengedrukt tot de voorbelastingsspanning σ′p en volgt pas daarboven Cc. Tijd: t = Tv·Hdr²/cv, waarbij de drainageweg Hdr gelijk is aan H/2 als water boven en onder kan wegstromen, en aan H als maar één kant draineert.

Voorbelastingsspanning

σ′p = OCR·σ′0 = 2,5·40 = 100 kPa

Vergelijk met de voorbelastingsspanning

σ′f = 40 + 180 = 220 kPa > 100 kPa

Zetting

Herbelasting tot σ′p, maagdelijke samendrukking daarboven.

S = 0,02·5,5/(1 + 0,85)·log₁₀(100/40) + 0,5·5,5/(1 + 0,85)·log₁₀(220/100)
S = 23,66 + 509 = 532,7 mm

Antwoord

S = 532,7 mm
16.Consolidatiezetting

Antwoord: t = 4014 dagen

Primaire consolidatie van een kleilaag met dikte H, met de effectieve spanning in het midden van de laag: σ′f = σ′0 + Δσ. Normaal geconsolideerde klei: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Overgeconsolideerde klei wordt langs Cr opnieuw samengedrukt tot de voorbelastingsspanning σ′p en volgt pas daarboven Cc. Tijd: t = Tv·Hdr²/cv, waarbij de drainageweg Hdr gelijk is aan H/2 als water boven en onder kan wegstromen, en aan H als maar één kant draineert.

Drainagewegen

Hdr,lab = 20/2 = 10 mm = 0,01 m
Hdr,field = 8,5 m

Schaal de tijd

t = Tv·Hdr²/cv met dezelfde T_v en cv in het laboratorium en in het veld.

tfield = 8·(8,5/0,01)² = 5,78 × 10⁶ min
tfield = 5,78 × 10⁶/1440 = 4014 dagen

Antwoord

t = 4014 dagen
17.Hydrostatische kracht

Antwoord: F = 73,58 kN

Hydrostatische kracht op een vlak oppervlak: F = ρ·g·yc·A. De kracht grijpt aan in het drukpunt, ycp = yc + Ic/(ycA), dat altijd onder het zwaartepunt ligt.

Diepte van het zwaartepunt en oppervlakte

yc = d + H/2 = 1,5 + 2/2 = 2,5 m
A = H·b = 2·1,5 = 3 m²
schuifd = 1,5 mH = 2 mF

Resulterende kracht

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2,5·3 = 73,58 kN

Antwoord

F = 73,58 kN
18.Hydrostatische kracht

Antwoord: ycp = 4,667 m

Hydrostatische kracht op een vlak oppervlak: F = ρ·g·yc·A. De kracht grijpt aan in het drukpunt, ycp = yc + Ic/(ycA), dat altijd onder het zwaartepunt ligt.

Diepte van het zwaartepunt en oppervlakte

yc = d + H/2 = 3 + 3/2 = 4,5 m
A = H·b = 3·1 = 3 m²
schuifd = 3 mH = 3 mF

Resulterende kracht

F = ρ·g·yc·A = 1025·9,81·4,5·3 = 135,7 kN

Drukpunt

De druk neemt toe met de diepte, dus de resultante grijpt aan onder het zwaartepunt.

Ic = b·H³/12 = 1·3³/12 = 2,25 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 4,5 + 2,25/(4,5·3) = 4,667 m

Antwoord

ycp = 4,667 m
19.Leidingwrijving en drukhoogteverlies

Antwoord: Δp = 41,67 kPa

Leidingstroming: het getal van Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ onderscheidt laminaire stroming (Re onder ongeveer 2000) van turbulente stroming (boven ongeveer 4000). Wrijving langs een leiding kost het drukhoogteverlies volgens Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Hulpstukken, afsluiters, de intrede en de uittrede geven plaatselijke verliezen hm = ΣK·V²/(2g). Tussen twee open reservoiroppervlakken geeft de energievergelijking Δz = hf + hm, inclusief het uittredeverlies K = 1.

Drukhoogteverlies

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,02·(50/0,075)·2,5²/(2·9,81) = 4,247 m

Drukval

De leiding is horizontaal en de snelheid verandert niet, dus de energievergelijking wordt Δp = ρ·g·hf.

Δp = ρ·g·hf = 1000·9,81·4,247 = 41667 Pa = 41,67 kPa

Antwoord

Δp = 41,67 kPa
20.Leidingwrijving en drukhoogteverlies

Antwoord: Δz = 7,959 m

Leidingstroming: het getal van Reynolds Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ onderscheidt laminaire stroming (Re onder ongeveer 2000) van turbulente stroming (boven ongeveer 4000). Wrijving langs een leiding kost het drukhoogteverlies volgens Darcy–Weisbach hf = f·(L/D)·V²/(2g). Hulpstukken, afsluiters, de intrede en de uittrede geven plaatselijke verliezen hm = ΣK·V²/(2g). Tussen twee open reservoiroppervlakken geeft de energievergelijking Δz = hf + hm, inclusief het uittredeverlies K = 1.

Snelheid

V = Q/A = 0,075/0,03142 = 2,387 m/s
V²/(2g) = 0,2905 m

Verliescoëfficiënten

f·L/D = 0,02·150/0,2 = 15
ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 10 + 1,0 = 12,4

Totaal drukhoogteverlies

hf = 15·0,2905 = 4,357 m
hm = 12,4·0,2905 = 3,602 m
Δz = hf + hm = 7,959 m

Antwoord

Δz = 7,959 m
21.Stroming in open waterlopen (Manning)

Antwoord: Q = 0,7011 m³/s

Formule van Manning (SI): voor eenparige stroming in een open waterloop geldt V = (1/n)·R2/3·S1/2 en Q = A·V, met n de ruwheidscoëfficiënt, S het bodemverhang (m/m) en R = A/P de hydraulische straal: doorstroomoppervlak gedeeld door natte omtrek. Alleen de wand die contact maakt met het water telt mee in P, niet het vrije oppervlak. Rechthoek: A = b·y, P = b + 2y. Trapezium met taluds z:1 (horizontaal:verticaal): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Een ronde buis die vol of half vol stroomt heeft R = D/4.

Geometrie

A = 0,6362 m², R = D/4 = 0,225 m

Snelheid

V = (1/0,013)·0,2252/3·0,00151/2 = 1,102 m/s

Debiet

Q = A·V = 0,6362·1,102 = 0,7011 m³/s

Antwoord

Q = 0,7011 m³/s
22.Stroming in open waterlopen (Manning)

Antwoord: S = 0,001429 m/m

Formule van Manning (SI): voor eenparige stroming in een open waterloop geldt V = (1/n)·R2/3·S1/2 en Q = A·V, met n de ruwheidscoëfficiënt, S het bodemverhang (m/m) en R = A/P de hydraulische straal: doorstroomoppervlak gedeeld door natte omtrek. Alleen de wand die contact maakt met het water telt mee in P, niet het vrije oppervlak. Rechthoek: A = b·y, P = b + 2y. Trapezium met taluds z:1 (horizontaal:verticaal): A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Een ronde buis die vol of half vol stroomt heeft R = D/4.

Hydraulische straal

R = D/4 = 0,375/4 = 0,09375 m

Los Manning op naar S

S = (n·V/R2/3)² = (0,013·0,6/0,2064)² = 0,001429

Antwoord

S = 0,001429

Dat is een daling van 1,429 m per kilometer.

23.Pompen en pompvermogen

Antwoord: η = 78,48 %

Pompvermogen: het vermogen dat aan het water wordt gegeven is het hydraulisch vermogen Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. De as moet meer leveren omdat de pomp verliezen heeft: Pshaft = Ph/ηpump, en de motor neemt Pel = Pshaft/ηmotor op. De opvoerhoogte H volgt uit de energievergelijking: statische opvoerhoogte + drukhoogte + alle wrijvings- en plaatselijke verliezen.

Hydraulisch vermogen

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,02·32 = 6,278 kW

Rendement

η = Ph/Pshaft = 6,278/8 = 78,48%

Antwoord

η = 78,48%
24.Pompen en pompvermogen

Antwoord: H = 57,94 m

Pompvermogen: het vermogen dat aan het water wordt gegeven is het hydraulisch vermogen Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp. De as moet meer leveren omdat de pomp verliezen heeft: Pshaft = Ph/ηpump, en de motor neemt Pel = Pshaft/ηmotor op. De opvoerhoogte H volgt uit de energievergelijking: statische opvoerhoogte + drukhoogte + alle wrijvings- en plaatselijke verliezen.

Snelheid

V = Q/A = 0,02/0,007854 = 2,546 m/s
V²/(2g) = 0,3305 m

Drukhoogteverliezen

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (20 + 5)·0,3305 = 8,263 m

Drukhoogte

p/(ρ·g) = 350000/(1000·9,81) = 35,68 m

Opvoerhoogte van de pomp

Beide oppervlakken zijn praktisch in rust, dus er is geen term voor de snelheidshoogte.

H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 14 + 35,68 + 8,263 = 57,94 m

Antwoord

H = 57,94 m
25.Tijdswaarde van geld

Antwoord: PV = 36197 €

Tijdswaarde van geld: geld vandaag is meer waard dan hetzelfde bedrag later, omdat het rente kan opbrengen. Bij een rente i per periode groeit een bedrag tot FV = PV·(1 + i)n. Een reeks gelijke betalingen (een annuïteit) waardeer je door alle betalingen op te tellen; daaruit volgen de annuïteitenformules.

Rente en aantal perioden

i = 0,02/12 = 0,001667
N = 12·5 = 60

Contante waarde

PV = FV/(1 + i)N = 40 000/1,105 = €36 196,51

Antwoord

PV = €36 196,51
26.Tijdswaarde van geld

Antwoord: N = 86 betalingen

Tijdswaarde van geld: geld vandaag is meer waard dan hetzelfde bedrag later, omdat het rente kan opbrengen. Bij een rente i per periode groeit een bedrag tot FV = PV·(1 + i)n. Een reeks gelijke betalingen (een annuïteit) waardeer je door alle betalingen op te tellen; daaruit volgen de annuïteitenformules.

Herschrijf de annuïteitenformule

i = 0,006
(1 + i)−N = 1 − 15 000·0,006/225 = 0,6

Los op met logaritmen

N = −ln(0,6)/ln(1,006) = 85,39

Rond naar boven af op hele betalingen

85 volledige betalingen laten een klein saldo over, dat de laatste, kleinere betaling aflost.

N = 86

Antwoord

N = 86 betalingen
27.NCW & IRR

Antwoord: NPV = 5091 €

Netto contante waarde: zet elke kasstroom met het vereiste rendement r terug naar vandaag en tel ze op: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Een project met NPV > 0 verdient meer dan r en voegt waarde toe. De interne rentabiliteit (IRR) is de rente waarbij NPV = 0.

Contante waarde van de jaarlijkse kasstromen

7 000·4,212 = 29 486,55

Contante waarde van de restwaarde

7 500/1,338 = 5 604,44

NPV

NPV = −30 000 + 29 486,55 + 5 604,44 = €5 090,98

Antwoord

NPV = €5 090,98
28.NCW & IRR

Antwoord: IRR = 17,08 %

Netto contante waarde: zet elke kasstroom met het vereiste rendement r terug naar vandaag en tel ze op: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. Een project met NPV > 0 verdient meer dan r en voegt waarde toe. De interne rentabiliteit (IRR) is de rente waarbij NPV = 0.

De IRR insluiten

De NCW daalt als de rente stijgt, dus de IRR ligt tussen een rente met positieve en een met negatieve NCW.

NPV(15%) = 1 361,06
NPV(20%) = −1 805,56

Verfijnen

Lineair interpoleren geeft een eerste schatting; dat herhalen (of de IRR-functie van een rekenmachine) geeft de exacte rente.

IRR ≈ 15 + 5·1 361,06/(1 361,06 − (−1 805,56)) = 17,15%
exact: NPV(17,08%) = 0 → IRR = 17,08%

Antwoord

IRR = 17,08%
29.Normale verdeling

Antwoord: P = 0,06426

Sommen en verschillen van normale variabelen: als X en Y onafhankelijk en normaal verdeeld zijn, zijn X + Y en X − Y ook normaal verdeeld. Gemiddelden tellen op of worden afgetrokken: E(X ± Y) = μX ± μY. Varianties tellen altijd op, ook bij een verschil: Var(X ± Y) = σX² + σY², dus σ = √(σX² + σY²). Standaardafwijkingen tellen nooit rechtstreeks op. Het totaal van n onafhankelijke items met dezelfde verdeling heeft gemiddelde n·μ en standaardafwijking σ·√n. Standaardiseer daarna zoals gewoonlijk: z = (x − gemiddelde)/σ en lees Φ(z) af.

Verdeling van de som

μ = 32 min, σ = √(1,5² + 2²) = 2,5 min

Standaardiseren

z = (35,8 − 32)/2,5 = 1,52

Rechterstaart

P = 1 − Φ(1,52) = 1 − 0,9357 = 0,06426

Antwoord

P = 0,06426
30.Normale verdeling

Antwoord: x = 174,4 cm

Van een oppervlak terug naar z: Φ(z) is het oppervlak links van z. Zoek voor een linkerstaartoppervlak A de z met Φ(z) = A in de tabel. Een rechterstaartoppervlak A betekent Φ(z) = 1 − A. Een centraal oppervlak A tussen −z en z laat (1 − A)/2 in elke staart over, dus Φ(z) = (1 + A)/2. Gebruik voor een waarde x de formule x = μ + zσ.

Oppervlak links

Φ(z) = 0,3

z uit de tabel

z ≈ −0,52

Terug naar de oorspronkelijke eenheden

x = 178 − 0,52·7 = 174,4 cm

Antwoord

x = 174,4 cm

Dit is onafhankelijk oefenmateriaal. ExamProblems is niet verbonden aan of goedgekeurd door de organisatie die dit examen afneemt, en de naam van het examen wordt alleen gebruikt om de inhoud te beschrijven. Het FE exam wordt afgenomen door NCEES, dat niet verbonden is aan ExamProblems en het niet onderschrijft.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-civil