Re ≈ 2000’in altında laminer, Re ≈ 4000’in üstünde türbülanslı
Ortalama hız
V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
Yerel kayıplar
hm = ΣK·V²/(2g)
Tipik K değerleri
giriş 0,5, çıkış 1,0, 90° dirsek ≈ 0,3
Basınç düşüşü
Δp = ρ·g·hf
İki açık hazne
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Serbest çıkış
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Açık kanal akışı (Manning)
Manning denklemi
V = (1/n)·R2/3·S1/2
Debi
Q = A·V
Hidrolik yarıçap
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
Dikdörtgen
A = b·y, P = b + 2y
Yamuk (şev eğimi z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
Dairesel boru, tam veya yarı dolu
R = D/4
Gerekli eğim
S = (n·Q/(A·R2/3))²
Pompalar ve pompa gücü
Hidrolik güç
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Mil gücü
Pshaft = Ph/ηpump
Elektrik gücü
Pel = Pshaft/ηmotor
Pompa basma yüksekliği
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
Sistem kayıpları
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Paranın zaman değeri
Gelecek değer
FV = PV·(1 + i)n
Bugünkü değer
PV = FV/(1 + i)n
Yılda birden çok dönem
i = r/m, N = m·n
Anüite, bugünkü değer
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
Anüite, gelecek değer
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i
Yöntem
Her nakit akışını ve zamanlamasını gösteren bir zaman çizelgesi çizin.
Faiz oranını döneme uydurun: aylık ödemeler için aylık oran.
Tek tutarlar için FV = PV·(1 + i)ⁿ, eşit ödemeler için anüite formüllerini kullanın.
Cevabın işaretini ve büyüklük mertebesini kontrol edin.
NBD ve IRR
Net bugünkü değer
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
Eşit nakit akışları
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
İç verim oranı
NPV = 0 yapan r
Karar
NPV > 0 ise (veya IRR > gerekli getiri) kabul et
Yöntem
Tüm nakit akışlarını yıllarıyla listeleyin; 0. yıldaki yatırım negatiftir.
Her nakit akışını iskonto edin: CFt/(1 + r)t.
NBD’yi bulmak için toplayın. Pozitif değer, projenin r’den fazla kazandırdığı anlamına gelir.
İVO için NBD’yi sıfır yapan oranı deneme yoluyla veya enterpolasyonla bulun.
Normal dağılım
z puanı
z = (x − μ)/σ
x’in altında
P(X < x) = Φ(z)
x’in üstünde
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Arasında
Φ(z2) − Φ(z1)
Yüzdelik
x = μ + z·σ
Yöntem
Değeri z puanına çevirin: z = (x − μ)/σ.
z’nin solundaki alan olan Φ(z)’yi tablodan bulun.
Sağdaki alan için 1 − Φ(z) kullanın; bir aralık için iki sol alanı birbirinden çıkarın.
Bir yüzdelik için geriye doğru çalışın: alan için z’yi bulun, sonra x = μ + z·σ.
2Alıştırma soruları
1.Kiriş mesnet tepkileriOrta
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RB değerini bulun.
L = 8 mP1 = 15 kN @ 3 mP2 = 30 kN @ 5 m
RB = kN
2.Kiriş mesnet tepkileriZor
Konsol kiriş A’da duvara ankastredir. Duvarda sıfır olan ve serbest uç B’de 8 kN/m değerine artan doğrusal değişen bir yük ile duvardan 9 m uzaklıkta bir P tekil yükü taşır. Duvardaki tepki momentinin büyüklüğü MA değerini bulun.
L = 10 mw0 = 8 kN/mP = 75 kN @ 9 m
MA = kN·m
3.Kafes: düğüm yöntemiOrta
Bu kafes sistemin tam olarak bir elemanı bu yükler altında kuvvet taşımaz. Sıfır kuvvet elemanı hangisidir? Diyagramda ona tıklayın.
açıklık = 6 myükseklik = 2 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 20 kNyatay yük = 15 kN →
FBC = kN
5.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
Basit mesnetli kiriş, A’dan x = 5 m uzaklıkta saat yönünde M0 = 35 kN·m kuvvet çifti taşır; başka yük yoktur. Kuvvet çiftinin hemen solundaki eğilme momenti Mx değerini bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 8 mM0 = 35 kN·m saat yönünde, konumu 5 m
Mx = kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
A’dan G’ye işaretler kirişi altı eşit parçaya böler. Eğilme momenti hangi işarette büyüklükçe en büyüktür, sehim yapan veya yapmayan? Diyagramda ona tıklayın.
15 kN @ 0 m25 kN @ 12 m40 kN @ 6 m6 kN/m, 2–10 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)
7.Kiriş sehimiOrta
Bir konsol kiriş tüm boyunca düzgün yayılı w yükü taşıyor. Serbest uçtaki sehim δ değerini bulun.
w = 12 kN/mL = 2 mE = 200 GPa (çelik)I = 8,5 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Kiriş sehimiZor
150 mm genişliğinde dikdörtgen kesitli, basit mesnetli bir ahşap kiriş tüm açıklık boyunca düzgün yayılı w yükü taşır. Açıklık ortası sehimi açıklık/300 değerini geçemez. Kesitin en küçük yüksekliği hreq değerini bulun.
w = 2,5 kN/mL = 4,5 mE = 11 GPa (yapı kerestesi)b = 150 mm
hreq = mm
9.Kolon burkulmasıOrta
alüminyum malzemeden L boyunda bir kolon tabanı ankastre, tepesi mafsallı. Euler formülüyle kritik burkulma yükü Pcr değerini bulun.
L = 3 mE = 70 GPa (alüminyum)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Kolon burkulmasıZor
çelik malzemeden L boyunda dolu yuvarlak bir kolon iki ucu mafsallı. Burkulmaya karşı 2,5 güvenlik katsayısıyla 30 kN taşımalı. En küçük çap d değerini bulun.
P = 30 kNn = 2,5L = 1 mE = 200 GPa (çelik)
d = mm
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
100 mm × 150 mm boyutlarındaki bir levhada, düşey merkez çizgisi üzerinde, merkezi alttan 105 mm yukarıda olan 40 mm çaplı dairesel bir delik var. Ağırlık merkezinden geçen yatay eksene göre atalet momentini Ix bulun.
b = 100 mmh = 150 mmd = 40 mmdelik merkezi: y = 105 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
T kesit, başlığı üstte olacak şekilde kiriş olarak kullanılıyor ve 30 kN·m pozitif eğilme momenti taşıyor. Üst kenardaki eğilme gerilmesi σüst değerinin büyüklüğünü bulun.
3,5 m kalınlığındaki aşırı konsolide bir kil tabakasının Cc = 0,45, Cr = 0,05 ve e₀ = 1,1. Orta derinliğindeki efektif düşey gerilme 90 kPa ve aşırı konsolidasyon oranı OCR = 2,5. Yeni bir bina orta derinlikte 50 kPa düşey gerilme ekliyor. Birincil konsolidasyon oturması S değerini mm cinsinden bulun.
6,5 m kalınlığındaki bir kil tabakasının konsolidasyon katsayısı cv = 5 m²/yıl. İki kum tabakası arasında bulunur, bu yüzden su üstten ve alttan drene olur. %50 ortalama konsolidasyon için zaman faktörü Tv = 0,197. Tabakanın %50 konsolidasyona ulaşması kaç yıl t sürer?
3 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, su dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 1 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
d = 1 mH = 2 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
18.Hidrostatik kuvvetZor
2 m genişliğinde düşey dikdörtgen bir kapak, yağ dolu bir tankın duvarında, üst kenarı yüzeyin 3 m altında bulunuyor. Kapağa etkiyen bileşke hidrostatik kuvvet F değerini bulun.
d = 3 mH = 1,5 mb = 2 mρ = 880 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta
Su, 150 m uzunluğunda ve iç çapı 50 mm olan bir borudan 6 L/s debiyle akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,018 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı hf değerini bulun.
Q = 6 L/sL = 150 mD = 50 mmf = 0,018g = 9,81 m/s²
hf = m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybıZor
300 m uzunluğunda, iç çapı 300 mm (Darcy sürtünme faktörü f = 0,018) olan bir boru açık bir hazneden çıkıyor ve havaya serbest jet olarak boşalıyor. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 4 dirsek (her biri K = 0,3) ve bir vana (K = 5). g = 9,81 m/s² kullanın. 120 L/s debi için hazne yüzeyi boru çıkışının ne kadar H üstünde olmalıdır?
Yamuk kesitli bir çim kaplı toprak kanalın taban genişliği 6 m ve şev eğimleri 3:1 (yatay:düşey). Su 2 m derinlikte üniform olarak akıyor. Manning n = 0,03 ve taban eğimi S = 0,005. Debi Q değerini m³/s cinsinden bulun.
b = 6 my = 2 mz = 3n = 0,03S = 0,005
Q = m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)Zor
3,5 m genişliğinde dikdörtgen kesitli bir perdahlı beton kanal 2 m derinlikte üniform akışla 25 m³/s taşımalıdır. Manning n = 0,012. Gereken taban eğimi S değerini (m/m cinsinden) bulun.
Q = 25 m³/sb = 3,5 my = 2 mn = 0,012
S = m/m
23.Pompalar ve pompa gücüOrta
Bir pompa 50 m basma yüksekliğine karşı 40 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basıyor. Pompa verimi %65, onu çalıştıran elektrik motorunun verimi %94. g = 9,81 m/s² kullanın. Motorun çektiği elektrik gücü Pel değerini kW cinsinden bulun.
Bir pompa 50 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 21 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 300 m uzunluğunda, iç çapı 150 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,02; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 6 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Üst tank kapalıdır ve suyun üzerindeki hava 400 kPa etkin basınçtadır. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.
€2 000 tutarını sürekli bileşik faizle yıllık %3 oranından yatırıyorsunuz. 13 yıl sonraki değer FV değerini bulun.
PV = €2 000r = 3%t = 13
FV = €
26.Paranın zaman değeriZor
24 yıl boyunca her ayın sonunda €300 biriktiriyorsunuz. Hesap aylık bileşik, yıllık %6 faiz ödüyor. Sonunda ne kadar birikmiş olur? FV'ü bulun.
A = €3006% / 12N = 288
FV = €
27.NBD ve IRROrta
€75 000 tutarındaki bir yatırım 1'den 3'e kadar yılların sonunda şu nakit akışlarını sağlar: €26 000, €15 000, €21 000. Sermaye maliyeti %15'tür. Net bugünkü değer NPV'ü bulun.
Bir proje bugün €150 000 maliyetindedir. Nakit akışı 1. yılın sonunda €21 500 olur ve 7. yılın sonundaki son nakit akışına kadar yıllık %3 büyür. Sermaye maliyeti %12. Net bugünkü değer NPV değerini bulun.
C0 = €150 000CF1 = €21 500g = 3%n = 7r = 12%
NPV = €
29.Normal dağılımOrta
cıvatalar kütleleri bağımsız ve normaldir; ortalama 40 g, standart sapma 1,2 g. Bunlardan 12 tanesinin toplam kütlesinin 484,2 g değerini aşma olasılığını P bulun. z’yi iki ondalığa yuvarlayın.
μ = 40 gσ = 1,2 gn = 12> 484,2 g
P =
30.Normal dağılımZor
yetişkin erkeklerin boyları, ortalaması 178 cm ve standart sapması 7 cm olan normal dağılıma uyar. Altında kalan değerlerin oranı %25 olan x değerini bulun (25. yüzdelik).
μ = 178σ = 7P = 25%
x = cm
3Çözeltiler
1.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 24,38 kN
Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.
Serbest cisim diyagramı
Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
ΣMA = 0: RB·8 = 15·3 + 30·5
RB = 195/8 = 24,38 kN
ΣFy = 0: RA = 45 − 24,38 = 20,63 kN
Cevap
RB = 24,38 kN
2.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: MA = 941,7 kN·m
Konsol dengesi: ankastre mesnet hem yukarı itebilir hem de dönmeye karşı koyabilir, bu yüzden düşey bir RA tepkisi ve bir MA tepki momenti verir. ΣFy = 0, RA’yı; duvara göre momentler MA = Σ(yük × duvara uzaklık) değerini verir. Yayılı yük, yük diyagramının ağırlık merkezinde bileşkesi olarak etkir.
Üçgen yükün bileşkesi
W = ½·8·10 = 40 kN
x̄ = 2L/3 = 6,667 m
Duvara göre moment
MA = W·x̄ + P·a = 40·6,667 + 75·9 = 941,7 kN·m
Cevap
MA = 941,7 kN·m
3.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: CG elemanı
Sıfır kuvvet elemanları: bir düğüm noktasında kuvvetler her yönde dengelenmelidir. Bir düğüm noktasında yük ve mesnet yoksa ve üç elemanından ikisi aynı doğru üzerindeyse, o doğruya dik dengede yalnızca üçüncü eleman yer alır, yani kuvveti sıfırdır. Yüksüz bir düğüm noktasında yalnızca iki eleman buluşuyorsa ve aynı doğru üzerinde değillerse, ikisi de sıfırdır.
C düğüm noktası
BC ve CD aynı düz doğru üzerindedir ve düğüm noktası yük taşımaz. O doğruya dik kuvvetleri dengelemek yalnızca CG’yi bırakır.
ΣF⊥ = 0 → FCG = 0
Düğüm noktaları yöntemiyle kontrol edin
Tüm düğüm noktalarını çözmek şu eleman kuvvetlerini verir (T = çekme, C = basınç).
Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·6 = 20·1 + 15·2 → Cy = 8,333 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 8,333 = 11,67 kN
ΣFx = 0: Ax = −15 kN
C düğümü
Kayıcı mesnet yalnızca düşey tepki verir, bu yüzden C düğümünde yalnızca iki bilinmeyen çubuk kuvveti vardır. İkisinin de çekmede olduğunu varsayın.
sin γ = 2/5,385 = 0,3714, cos γ = 5/5,385 = 0,9285
Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler. Uygulanan bir kuvvet çifti, eğilme momenti diyagramında kuvvet çiftinin büyüklüğü kadar sıçrama oluşturur.
Mesnet tepkileri
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif: RB·L − M0 = 0. Düşey denge: RA + RB = 0.
RB = M0/L = 35/8 = 4,375 kN (yukarı)
RA = −RB = −4,375 kN (aşağı)
Kuvvet çiftinin hemen solundan kesin
Sol parça yalnızca RA’yı içerir.
Mx = RA·a = −4,375·5 = −21,88 kN·m
Cevap
Mx = −21,88 kN·m
6.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: D (x = 6 m)
En büyük eğilme momenti: M, kesme kuvvetinin değiştiği her yerde eğim değiştirir, yani tepeleri kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerlerdedir: tekil bir yükün altında, yayılı bir yükün içinde veya bir konsolun mesnedi üzerinde. Konsol kirişin ankastre mesnedinde moment duvarda en büyüktür. M’nin büyüklüğünü o yerlerde, sehim yapan veya yapmayan, karşılaştırın.
Mesnet tepkileri
Bir mesnete göre moment alın, sonra düşey kuvvet dengesini kullanın.
R1 = 56,5 kN, R2 = 71,5 kN
Her işaretteki eğilme momenti
Kesimin bir yanındaki tüm kuvvetlerin momentlerini toplayın. Sehim yapan pozitif, tersi negatiftir.
MA = 0, MB = −30, MC = 41, MD = 88 kN·m, ME = 31, MF = −50, MG = 0
Cevap
İşaret D: MD = 88 kN·m
7.Kiriş sehimi
Cevap: δ = 14,12 mm
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon).
Tutarlı birimler
N ve mm ile çalışın: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
w = 12 N/mm, L = 2000 mm
EI = 1,7 × 10¹² N·mm²
Sehim
δ = wL⁴/(8EI) = 12·2000⁴/(8·1,7 × 10¹²) = 14,12 mm
Cevap
δ = 14,12 mm
8.Kiriş sehimi
Cevap: hreq = 186,4 mm
Kiriş sehimi: sehimler, M/(EI) eğriliğinin iki kez integre edilmesiyle bulunur. Standart durumlar tablolanmıştır; örneğin uçtan yüklü konsol için PL³/(3EI) ve tüm açıklıkta düzgün yüklü basit kiriş için 5wL⁴/(384EI). Ayrı yüklerin sehimleri toplanır (süperpozisyon).
Tutarlı birimler
N ve mm ile çalışın: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
bh³/12 = Ireq → h = (12·8,09 × 10⁷/150)1/3 = 186,4 mm
Cevap
hreq = 186,4 mm
Uygulamada bu değerin üstündeki bir sonraki standart yüksekliği seçin.
9.Kolon burkulması
Cevap: Pcr = 99,66 kN
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
En küçük atalet momenti
Dairesel kesitin I değeri her eksene göre aynıdır.
Euler burkulması: narin bir kolon Pcr = π²EI/(KL)² değerinde kararsız olur; KL burkulma boyudur: mafsallı–mafsallı için K = 1, ankastre–serbest için 2, ankastre–mafsallı için 0,7 ve ankastre–ankastre için 0,5. En küçük I’ya sahip eksen etrafında burkulur. Formül, kritik gerilmesi akma gerilmesinin altında kalan narin kolonlar için geçerlidir.
Gereken kritik yük
Pcr = n·P = 2,5·30000 = 75000 N
KL = 1·1000 = 1000 mm
Çap için çözün
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·75000·1000²/(π³·200000))^(1/4) = 29,66 mm
Cevap
d = 29,66 mm
Kontrol: narinlik KL/r = 134,9, dolayısıyla kolon narindir ve Euler geçerlidir.
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 26,76 × 10⁶ mm⁴
Delikli kesitler: bir deliği negatif alan sayın. Ağırlık merkezi ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)’dir; A₁, y₁ tam levha için, A₂, y₂ delik içindir. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti için her parçaya paralel eksen teoremini uygulayın ve deliği çıkarın: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²); burada d, her parçanın kendi ağırlık merkezinden ȳ’den geçen eksene olan uzaklıktır. Bir dikdörtgenin Ic = bh³/12, bir dairenin Ic = πd⁴/64’tür.
Ağırlık merkezi
ȳ = (15000·75 − 1257·105)/(15000 − 1257) = 72,26 mm
Tam levha, ȳ’ye göre
100·150³/12 + 15000·2,743² = 28,24 × 10⁶ mm⁴
Delik, ȳ’ye göre
π·40⁴/64 + 1257·32,74² = 1,473 × 10⁶ mm⁴
Çıkarın
Ix = 26,76 × 10⁶ mm⁴
Cevap
Ix = 26,76 × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: σüst = 141,2 MPa
Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.
İki dikdörtgene ayırın
Her y’yi alt kenardan ölçün.
başlık: Af = 160·25 = 4000 mm², yf = 100 + 25/2 = 112,5 mm
Efektif gerilme (Terzaghi): zemin iskeleti σ′ = σ − u taşır. Toplam gerilme σ, noktanın üstündeki her şeyin ağırlığıdır, Σγ·h; su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığı kullanılır. Su seviyesinin altında boşluk suyu basıncı hidrostatiktir: u = γw·(su seviyesinin altındaki derinlik).
Toplam gerilme
X’in üstündeki her zemin bandının ağırlığını toplayın. Su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığını kullanın.
Su basıncı su seviyesinin altındaki derinlikle artar.
u = γw·(z − zw) = 9,81·1 = 9,81 kPa
Efektif gerilme
σ′ = σ − u = 83,5 − 9,81 = 73,69 kPa
Cevap
σ′ = 73,69 kPa
14.Zeminde efektif gerilme
Cevap: σ = 164,5 kPa
Efektif gerilme (Terzaghi): zemin iskeleti σ′ = σ − u taşır. Toplam gerilme σ, noktanın üstündeki her şeyin ağırlığıdır, Σγ·h; su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığı kullanılır. Su seviyesinin altında boşluk suyu basıncı hidrostatiktir: u = γw·(su seviyesinin altındaki derinlik).
Toplam gerilme
X’in üstündeki her zemin bandının ağırlığını toplayın. Su seviyesinin üstünde kuru, altında doygun birim hacim ağırlığını kullanın.
σ = γd·3 + γsat,sand·2 + γsat,clay·4
σ = 16,5·3 + 20,5·2 + 18,5·4 = 164,5 kPa
Cevap
σ = 164,5 kPa
15.Konsolidasyon oturması
Cevap: S = 15,99 mm
H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.
Ön konsolidasyon basıncı
σ′p = OCR·σ′0 = 2,5·90 = 225 kPa
Ön konsolidasyon basıncıyla karşılaştırın
σ′f = 90 + 50 = 140 kPa ≤ 225 kPa
Oturma
Kil yeniden sıkışma doğrusu üzerinde kalır.
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,05·3,5/(1 + 1,1)·log₁₀(140/90) = 15,99 mm
Cevap
S = 15,99 mm
16.Konsolidasyon oturması
Cevap: t = 0,4162 yıl
H kalınlığındaki bir kil tabakasının, tabaka ortasındaki efektif gerilme kullanılarak birincil konsolidasyonu: σ′f = σ′0 + Δσ. Normal konsolide kil: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Aşırı konsolide kil, ön konsolidasyon basıncı σ′p’ye kadar Cr boyunca yeniden sıkışır ve ancak onun ötesinde Cc’yi izler. Süre: t = Tv·Hdr²/cv; drenaj yolu Hdr, su üstten ve alttan çıkabiliyorsa H/2, yalnızca bir taraf drene oluyorsa H’dir.
Drenaj yolu
Hdr = H/2 = 6,5/2 = 3,25 m
Süre
t = Tv·Hdr²/cv = 0,197·3,25²/5 = 0,4162 yıl
Cevap
t = 0,4162 yıl
17.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 117,7 kN
Düzlem yüzeye hidrostatik kuvvet: F = ρ·g·yc·A. Her zaman ağırlık merkezinin altında bulunan basınç merkezinde, ycp = yc + Ic/(ycA), etkir.
Ağırlık merkezi derinliği ve alan
yc = d + H/2 = 1 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·3 = 6 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·2·6 = 117,7 kN
Cevap
F = 117,7 kN
18.Hidrostatik kuvvet
Cevap: F = 97,12 kN
Düzlem yüzeye hidrostatik kuvvet: F = ρ·g·yc·A. Her zaman ağırlık merkezinin altında bulunan basınç merkezinde, ycp = yc + Ic/(ycA), etkir.
Ağırlık merkezi derinliği ve alan
yc = d + H/2 = 3 + 1,5/2 = 3,75 m
A = H·b = 1,5·2 = 3 m²
Bileşke kuvvet
F = ρ·g·yc·A = 880·9,81·3,75·3 = 97,12 kN
Cevap
F = 97,12 kN
19.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: hf = 25,7 m
Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına hf = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar hm = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = hf + hm verir.
Ortalama hız
A = π·0,05²/4 = 0,001963 m²
V = Q/A = 0,006/0,001963 = 3,056 m/s
Hız yüksekliği
V²/(2g) = 3,056²/(2·9,81) = 0,4759 m
Darcy–Weisbach
hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,018·(150/0,05)·3,056²/(2·9,81) = 25,7 m
Cevap
hf = 25,7 m
20.Boru sürtünmesi ve yük kaybı
Cevap: H = 3,775 m
Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına hf = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar hm = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = hf + hm verir.
Hız
V = Q/A = 0,12/0,07069 = 1,698 m/s
V²/(2g) = 0,1469 m
Kayıp katsayıları
f·L/D = 0,018·300/0,3 = 18
ΣK = 0,5 + 4·0,3 + 5 = 6,7
Enerji denklemi
Çıkış jeti hız yüksekliğini hâlâ taşır; bu bir kayıp değildir ama sağlanması gerekir.
H = (1 + 18 + 6,7)·0,1469 = 3,775 m
Cevap
H = 3,775 m
21.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: Q = 66,93 m³/s
Manning denklemi (SI): açık kanalda üniform akış için V = (1/n)·R2/3·S1/2 ve Q = A·V; burada n pürüzlülük katsayısı, S taban eğimi (m/m) ve R = A/P hidrolik yarıçaptır: akış alanı bölü ıslak çevre. P’ye serbest yüzey değil, yalnızca suyla temas eden sınır dahil edilir. Dikdörtgen: A = b·y, P = b + 2y. Şev eğimi z:1 (yatay:düşey) olan yamuk: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Tam veya yarı dolu akan dairesel bir boruda R = D/4’tür.
Geometri
A = (b + z·y)·y = (6 + 3·2)·2 = 24 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 6 + 2·2·√(1 + 3²) = 18,65 m
R = A/P = 1,287 m
Hız
V = (1/0,03)·1,2872/3·0,0051/2 = 2,789 m/s
Debi
Q = A·V = 24·2,789 = 66,93 m³/s
Cevap
Q = 66,93 m³/s
22.Açık kanal akışı (Manning)
Cevap: S = 0,002014 m/m
Manning denklemi (SI): açık kanalda üniform akış için V = (1/n)·R2/3·S1/2 ve Q = A·V; burada n pürüzlülük katsayısı, S taban eğimi (m/m) ve R = A/P hidrolik yarıçaptır: akış alanı bölü ıslak çevre. P’ye serbest yüzey değil, yalnızca suyla temas eden sınır dahil edilir. Dikdörtgen: A = b·y, P = b + 2y. Şev eğimi z:1 (yatay:düşey) olan yamuk: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²). Tam veya yarı dolu akan dairesel bir boruda R = D/4’tür.
Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: Pshaft = Ph/ηpump; motor ise Pel = Pshaft/ηmotor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.
Hidrolik güç
Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,04·50 = 19,62 kW
Mil gücü
Pshaft = 19,62/0,65 = 30,18 kW
Elektrik gücü
Pel = 30,18/0,94 = 32,11 kW
Cevap
Pel = 32,11 kW
24.Pompalar ve pompa gücü
Cevap: H = 80,54 m
Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: Pshaft = Ph/ηpump; motor ise Pel = Pshaft/ηmotor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.
İki yüzey de pratikte durgundur, bu yüzden hız yüksekliği terimi yoktur.
H = Δz + p/(ρ·g) + hL = 21 + 40,77 + 18,77 = 80,54 m
Cevap
H = 80,54 m
25.Paranın zaman değeri
Cevap: FV = 2954 €
Paranın zaman değeri: bugünkü para, faiz kazanabileceği için aynı miktarın ileride olandan daha değerlidir. Dönem başına i faiz oranıyla bir tutar FV = PV·(1 + i)n olarak büyür. Eşit ödemeler dizisi (anüite) her ödeme toplanarak değerlenir; anüite formülleri buradan gelir.
Üs
r·t = 0,03·13 = 0,39
e0,39 = 1,477
Gelecek değer
FV = 2 000·1,477 = €2 953,96
Cevap
FV = €2 953,96
26.Paranın zaman değeri
Cevap: FV = 192335 €
Paranın zaman değeri: bugünkü para, faiz kazanabileceği için aynı miktarın ileride olandan daha değerlidir. Dönem başına i faiz oranıyla bir tutar FV = PV·(1 + i)n olarak büyür. Eşit ödemeler dizisi (anüite) her ödeme toplanarak değerlenir; anüite formülleri buradan gelir.
Net bugünkü değer: her nakit akışını gerekli getiri oranı r ile bugüne indirgeyin ve toplayın: NBD = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. NBD > 0 olan proje r'den fazla kazandırır ve değer yaratır. İç verim oranı (IRR), NBD = 0 yapan orandır.
Her nakit akışının bugünkü değeri
CF0 = −75 000
CF1/(1 + 0,15)1 = 26 000/1,15 = 22 608,70
CF2/(1 + 0,15)2 = 15 000/1,322 = 11 342,16
CF3/(1 + 0,15)3 = 21 000/1,521 = 13 807,84
Toplayın
NPV = €−27 241,31
Cevap
NPV = €−27 241,31
NBD negatif, yani proje gerekli getiriden azını kazandırır.
28.NBD ve IRR
Cevap: NPV = −44013 €
Net bugünkü değer: her nakit akışını gerekli getiri oranı r ile bugüne indirgeyin ve toplayın: NBD = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ. NBD > 0 olan proje r'den fazla kazandırır ve değer yaratır. İç verim oranı (IRR), NBD = 0 yapan orandır.
NBD negatif, yani proje gerekli getiriden azını kazandırır.
29.Normal dağılım
Cevap: P = 0,1562
Normal değişkenlerin toplamı ve farkı: X ve Y bağımsız ve normal ise X + Y ve X − Y de normaldir. Ortalamalar toplanır ya da çıkarılır: E(X ± Y) = μX ± μY. Varyanslar fark için de her zaman toplanır: Var(X ± Y) = σX² + σY², dolayısıyla σ = √(σX² + σY²). Standart sapmalar asla doğrudan toplanmaz. Aynı dağılıma sahip n bağımsız parçanın toplamının ortalaması n·μ, standart sapması σ·√n’dir. Sonra her zamanki gibi standartlaştırın: z = (x − ortalama)/σ ve Φ(z)’yi okuyun.
Toplamın dağılımı
μT = 480 g, σT = 1,2·√12 = 4,157 g
Standartlaştırın
z = (484,2 − 480)/4,157 = 1,01
Olasılık
P = 1 − Φ(1,01) = 0,1562
Cevap
P = 0,1562
30.Normal dağılım
Cevap: x = 173,3 cm
Normal dağılım: bir x değerini z = (x − μ)/σ ile z puanına çevirin; z, ortalamadan kaç standart sapma uzakta olunduğunu sayar. z tablosu (ya da Φ(z)) z’nin solundaki alanı, yani P(X < x) değerini verir. Sağdaki alan 1 − Φ(z), iki değer arasındaki alan ise bu iki alanın farkıdır.
Yüzdelik için z
Φ(z) = 0,25 → z = −0,6745
x’e geri dönüş
x = 178 + −0,6745·7 = 173,28 cm
Cevap
x = 173,28 cm
Bu bağımsız bir alıştırma materyalidir. ExamProblems bu sınavı düzenleyen kuruluşla bağlantılı değildir ve onun tarafından onaylanmamıştır; sınav adı yalnızca içeriği tanımlamak için kullanılmaktadır. FE exam sınavı NCEES tarafından yürütülür; bu kuruluş ExamProblems ile bağlantılı değildir ve onu desteklemez.