Materialien, die für strukturelle Zwecke verwendet werden, werden in der Regel nach ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber grundlegenden Beanspruchungen wie Druck, Zug und Scherung klassifiziert.

Kompression ist eine Kraft, die die Teilchen eines Materials enger zusammenschiebt. Wenn zum Beispiel eine Säule eine Last trägt, steht sie unter Druck und ihre Höhe verkürzt sich, wenn auch oft unmerklich. Das Gegenteil ist die Zugkraft, die dazu neigt, ein Material zu dehnen.

Alle Materialien können bis zu einem gewissen Grad Druckkräften standhalten, bevor sie versagen, und an diesem Punkt wird die Druckfestigkeit gemessen. Daher wird die Druckfestigkeit eines Materials in der Regel als die maximale Druckkraft angegeben, die das Material bis zum Versagen aushalten kann.

Materialien, die hohen Druckkräften widerstehen können, bevor sie versagen, werden als Materialien mit hoher Druckfestigkeit bezeichnet.

Einige Materialien können Druckkräften besser widerstehen als andere, bevor sie versagen. Stahl kann relativ hohen Druckkräften standhalten. Andere Materialien, wie Beton und Keramik, weisen in der Regel eine viel höhere Druckfestigkeit als Zugfestigkeit auf. Je nach Material kann das Versagen in einem Bruch an der Druckfestigkeitsgrenze oder in einer irreversiblen Verformung bestehen.

Messung der Druckfestigkeit

Die Druckfestigkeit von Materialien kann genau gemessen werden, indem eine Druckprüfung unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen mit einer Universalprüfmaschine durchgeführt wird. Diese kann in der Regel Prüfkapazitäten von bis zu 53 Meganewton (MN) haben, was einer Kraft von 5.404 Tonnen entspricht.

Im Bauwesen wird die Druckfestigkeit von Beton in der Regel in verschiedenen Stadien nach dem Gießen geprüft, um genügend Zeit für die Festigkeitsentwicklung zu haben (z. B. nach 28 Tagen). In der Regel wird ein Betonwürfel (oder -zylinder) als Prüfkörper verwendet, wobei sichergestellt werden muss, dass die Ober- und die Unterseite flach und parallel sind und dass beide Seiten einen perfekten Querschnitt aufweisen, d. h. im rechten Winkel zur vertikalen Achse des Würfels stehen.

Eine Druckkraft wird durch den Prüfmechanismus schrittweise auf den Probekörper ausgeübt. Zur Messung der Druckfestigkeit mit dieser Methode sind erforderlich:

• Die Querschnittsfläche einer der Seiten des Würfels, der Ober- oder der Unterseite (sie sollten identisch sein), und
• die Druckkraft, die zum Zeitpunkt des Versagens aufgebracht wird (definiert als dauerhafte Verformung – d. h. die Unfähigkeit, die ursprüngliche Form wieder anzunehmen, sobald die Druckkraft aufgehoben wird).

Wenn diese Messungen vorliegen, kann die Druckfestigkeit (C oder σc) wie folgt berechnet werden:

C = F/A

wobei F die maximale Kraft (Last) ist, die zum Zeitpunkt des Versagens aufgebracht wurde, und A die Querschnittsfläche der Probe vor Aufbringung der Kraft ist. Sie kann in N/m² oder Pascal ausgedrückt werden (1 Pascal (Pa) = 1 N/m²).

Es ist manchmal schwierig, die Druckfestigkeit von duktilen Metallen wie Baustahl zu messen, die hohe Druckfestigkeiten aufweisen. Dies liegt an der Art des Versagens solcher Materialien. Normalerweise verformt sich Baustahl unter einer Druckbelastung bis zu einem bestimmten Punkt elastisch; danach folgt eine plastische Verformung, und schließlich kann die Probe ohne nennenswerte Anzeichen eines Bruchs abgeflacht werden. Es kann daher schwierig sein, den genauen Punkt des Druckversagens zu messen. Aus diesem Grund ist es üblicher, die Zugfestigkeit von Baustahl anzugeben, die leichter zu ermitteln ist. Da die Zugfestigkeit immer niedriger ist als die Druckfestigkeit, kann sie als Grundlage für Berechnungen verwendet werden.

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