Wie wird die Scherfestigkeit von Materialien bestimmt?
Zur Überprüfung der Scherfestigkeit von Werkstoffen, Böden und Bauwerken existieren verschiedene Verfahren. Bei Konstruktionsmaterialien kommt meist ein genormtes Messverfahren zum Einsatz, welches treffenderweise einfach als Scherversuch bezeichnet wird. Um die mechanischen Charakteristika des Werkstoffs gegenüber Abscheren zu ermitteln, wird zunächst ein Rundstab aus dem entsprechenden Material in eine Vorrichtung gespannt und schließlich über einen Stempel einer kontinuierlich wachsenden Scherkraft ausgesetzt. Die Krafteinwirkung wird dabei genau gemessen. Die Auskunft über die maximale Scherfestigkeit ist gegeben, wenn das Material letztendlich der Belastung nicht mehr standhält und abschert.
Die Analyse der Scherfestigkeit von Böden kann entweder im Labor oder vor Ort (etwa auf einer Baustelle) stattfinden. In ersterem Fall werden vom Baugrund entnommene Bodenproben mit verschiedenen Schergeräten untersucht, je nach Art und Beschaffenheit der Probe. So kommen beispielsweise Druckversuche oder aber direkte Scherversuche zum Einsatz. Eine Bestimmung oder Ableitung der Scherfestigkeit vor Ort ist beispielsweise über Flügelscherversuche mit einer Flügelsonde oder aber Drucksondierungen möglich.
Bei der Bestimmung der Scherfestigkeit von baulichen Strukturen und technischen Bauteilen im Einsatz bedient man sich oft der in Scherversuchen ermittelten Festigkeiten der Baustoffe. Eventuell muss dabei auf Ersatzdaten wie die Zugspannung oder Druckfestigkeit zurückgegriffen werden. Bei der Berechnung der zulässigen Scherspannung oder Scherkraft fließen selbstverständlich noch weitere Faktoren wie etwa die Scherfläche oder eine Sicherheitszahl (zur Vermeidung von Risiken nahe der Belastungsgrenze) mit ein.
Welche Bedeutung hat die Scherfestigkeit in der Bautechnik?
Gerade bei Bauvorhaben ist die Bestimmung der Scherfestigkeit von besonderer Bedeutung. Durch die Errichtung von Strukturen wirken die verschiedensten Kräfte auf den Baugrund und die Gründungen. Gleichermaßen sind auch die verwendeten Konstruktionswerkstoffe, Verschraubungen, Schweißnähte und Ähnliches Scherkräften ausgesetzt. Um eine ausreichende Standsicherheit der Struktur und eine angemessene Belastbarkeit der Baustoffe gegen Abscheren zu gewähren, müssen sämtliche auf dem Boden und der Konstruktion lastenden Kräfte genau ermittelt und anschließend Lösungen realisiert werden, die diesen Anforderungen trotzen. Ansonsten bestehen beim Bau zu große Risiken hinsichtlich der Setzung der Struktur, der Verschiebung und dem Reißen von Trägern und Mauerwerk bis hin zu einem vollständigen Einbruch. Schon bei der Errichtung von Baugruben und -gräben sowie von Flach- oder Tiefgründungen muss der Boden eine ausreichende Scherfestigkeit bieten, um Komplikationen zu vermeiden und Sicherheitsrisiken für Bauprojekt und Arbeiter zu eliminieren.
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