Rakenteisiin käytettävät materiaalit luokitellaan yleensä sen mukaan, miten hyvin ne kestävät perusjännityksiä, kuten puristusta, vetoa ja leikkausta.
Puristus on voima, joka työntää materiaalin hiukkaset lähemmäksi toisiaan. Kun esimerkiksi pylväs kannattelee kuormaa, se joutuu puristukseen ja sen korkeus lyhenee, vaikkakin usein huomaamattomasti. Vastakohtana on vetovoima, joka pyrkii venyttämään materiaalia.
Kaikki materiaalit kestävät jonkin verran puristusvoimia ennen kuin ne pettävät, ja juuri tässä vaiheessa mitataan puristuslujuutta. Siksi materiaalin puristuslujuus ilmoitetaan yleensä suurimpana puristuksena, jonka materiaali kestää ennen vioittumista.
Materiaaleilla, jotka kestävät suuria puristusvoimia ennen vioittumista, sanotaan olevan suuri puristuslujuus.
Jotkut materiaalit kestävät puristusta ennen vioittumista paremmin kuin toiset. Teräs kestää suhteellisen suuria puristusvoimia. Muilla materiaaleilla, kuten betonilla ja keramiikalla, on tyypillisesti paljon korkeampi puristuslujuus kuin vetolujuus. Materiaalista riippuen vikaantuminen voi käsittää murtumisen puristuslujuuden rajalla tai palautumattoman muodonmuutoksen.
Puristuslujuuden mittaaminen
Materiaalien puristuslujuus on mahdollista mitata tarkasti tekemällä puristuskoe tarkoin kontrolloiduissa olosuhteissa yleiskoekoneella. Sen testauskapasiteetti voi tyypillisesti olla jopa 53 mega newtonia (MN), mikä vastaa 5 404 tonnin voimaa.
Rakentamisessa betonin puristuslujuuden testaaminen suoritetaan yleensä eri vaiheissa betonin valamisen jälkeen, jotta lujuuden kehittymiselle jää riittävästi aikaa (esim. 28 päivän kuluttua). Tyypillisesti koekappaleena käytetään betonikuutiota (tai -lieriötä), jolloin varmistetaan, että ylä- ja alapinnat ovat tasaisia ja yhdensuuntaisia ja että molemmat pinnat ovat täydellisen poikkileikkauksen muotoisia eli suorassa kulmassa kuution pystyakseliin nähden.
Testausmekanismilla koekappaleeseen kohdistetaan vähitellen puristusvoima. Puristuslujuuden mittaaminen tällä menetelmällä edellyttää:
- Kuution jommankumman sivun, ylä- tai alapinnan (niiden tulisi olla identtiset), poikkileikkauspinta-ala ja
- Murtumishetkellä kohdistettu puristusvoima (määritelty pysyväksi muodonmuutokseksi eli kyvyttömyydeksi omaksua entinen muoto, kun puristusvoima on poistettu).
Kun nämä mittaukset ovat käytettävissä, puristuslujuus (C tai σc) voidaan laskea seuraavasti:
C = F/A
jossa F on suurin voima (kuorma), joka kohdistettiin murtumishetkellä, ja A on näytteen poikkileikkauspinta-ala ennen voiman kohdistamista. Se voidaan ilmaista N/m²:nä tai Pascalina (jossa 1 Pascal (Pa) = 1 N/m²).
Se on joskus vaikeaa mitata puristuslujuutta sitkeistä metalleista, kuten pehmeästä teräksestä, joilla on suuri puristuslujuus. Tämä johtuu tällaisten materiaalien vikaantumistavasta. Tyypillisesti puristuskuormituksessa mieto teräs muotoutuu elastisesti tiettyyn pisteeseen asti; tätä seuraa plastinen muodonmuutos ja lopulta näyte voi litistyä ilman merkittäviä murtuman merkkejä. Tämän vuoksi voi olla vaikeaa mitata tarkkaa puristusmurtumispistettä. Tästä syystä on tavallisempaa mainita lievän teräksen vetolujuus, joka on helpompi saada; koska sen vetolujuus on aina pienempi kuin puristuslujuus, sitä voidaan käyttää laskelmien perustana.
Aiheeseen liittyviä artikkeleita Designing Buildings Wikissä
- Kaari.
- Tynnyriholvi.
- Matalassa rakentamisessa käytettävien puisten ristikkopilarien puristuslujuus.
- Betoni.
- Kupoli.
- Rakennusten rakenneosat
- Insinööri.
- Lentävä tukipilari.
- Massabetoni.
- Teräs.
- Rakennusinsinööri.
- Rakenteiden periaatteet.
- Alusrakenne.
- Päällysrakenne.
- Torni.
- Jännitys.
- Rakennetyypit.
- Voussoir.