Festigkeit

Die Festigkeit eines Baustoffs richtet sich nach der Art der Bindung. In unserer Betrachtung vergleichen wir Baustoffe mit einer kovalenten, metallischen und van der Waals- Bindung. 

Die auftretenden Spannungen können unterteilt werden in

(Erläuterung anhand eines Stabs)

• Druckspannung
  Eine Belastung findet nur in Richtung der Stabachse statt. Die Wirkungslinie ist richtungsgleich mit der Stabachse. Überschreitet die Belastung jedoch einen Grenzwert, kommt es zur Knickung des Stabes und die stabile Gleichgewichtslage wandelt sich in eine instabile Lage. Ein Material, das besondere Druckeigenschaften besitzt, ist Beton.
  
  
• Zugspannung
  Auch hier findet eine Belastung ausschließlich in Richtung der Stabachse statt. Die Wirkungslinie ist auch richtungsgleich mit der Stabachse. Seile und Ketten sind Bauteile die ausschließlich auf Zug beansprucht werden können.
  
  und 
  
  
• Scherspannung
  Die Beanspruchung durch Scherung kennzeichnet sich durch Kräfte, deren Wirkungslinien parallel zur Oberfläche des beanspruchten Körpers stehen und in unterschiedliche Richtungen wirken.
  

Art der Festigkeit

Zugfestigkeit

Entspricht dem maximalen Wert der Zugspannung ohne dass es zum Materialversagen kommt. Dieser Wert lässt sich aus den Ergebnissen des Zugversuchs ermitteln. Mit Hilfe des Spannungs-Dehnungs-Diagramms kann für jeden Baustoff die Zugfestigkeit direkt abgelesen werden. 

Zugfestigkeiten für ausgewählte Baustoffe:

In der nächsten Tabelle siehst du eine Übersicht von ausgewählten Baustoffen hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit.

Druckfestigkeit

Entspricht dem Widerstand, den das Material eines Baustoffs einer einwirkenden Kraft entgegensetzt ohne zu versagen. Die Angabe erfolgt in $ \frac{N}{mm^2} $. Formal bestimmt sich die Druckfestigkeit aus dem Quotienten von Bruchlast und Querschnittsfläche. Bei der Bestimmung muss immer auch untersucht werden ob eine

• einaxiale Druckfestigkeit (Baustoff kann in zwei Richtungen sichtlich ausweichen),
• zweiaxiale Druckfestigkeit (Baustoff kann in eine Richtung seitlich ausweichen) oder
• dreiaxiale Druckfestigkeit (Baustoff kann in keine Richtung seitlich ausweichen)

vorliegt.

Scherfestigkeit

Entspricht dem Widerstand, den das Material eines Baustoffs einer Verformung entgegensetzt. Sie ist von der wirkenden Normalkraft abhängig. Mit Hilfe des Hookeschen Gesetzes kann das proportionale Spannungs-Dehnungs-Verhalten homogener, isotroper und elastische Baustoffe untersucht werden. 

Festigkeitsverhalten in Abhängigkeit von der Bindungsart

Um eine hohe Festigkeit zu erreichen muss der Baustoff ein tiefes Energieminimum besitzen. Was das bedeutet, siehst du in der nächsten Abbildung. 

unterschiedliche Energieminima

1. Die erste Kurve beschreibt den Verlauf eines Baustoffs mit einer kovalenten Bindung. Ein typischer Vertreter ist beispielsweise eine Keramik.
2. Die zweite Kurve stellt das Festigkeitsverhalten eines Baustoffs mit metallischer Bindung. Typische Vertreter sind Stahl oder Eisen.
3. Die dritte Kurve zeigt den Verlauf eines Baustoffs mit van-der-Waals-Bindung. Baustoffe, die dieses Verhalten aufweisen sind Gele.