Scherfestigkeit

Die Scherfestigkeit ist der Widerstand, den ein Festkörper tangentialen Scherkräften entgegensetzt. Sie gibt die maximale Schubspannung an, mit der ein Körper vor dem Abscheren belastet werden kann, d.h. die auf die Bruchfläche bezogene Tangentialkraft.

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Grundlagen

Die Scherfestigkeit ist von der wirkenden Normalkraft abhängig und misst die zusammenhaltenden Kräfte, im Gegensatz zu den auf Oberflächen wirkenden Reibungskräften.
Die Scherfestigkeit wird meist in N/mm² oder MN/m² angegeben (Kraft pro Fläche), hat also die Einheit einer Spannung.

Die bekannten Prüfeinrichtungen realisieren das Verhältnis von Normal- zu Scherkraft unterschiedlich. Es kann konstant, veränderlich oder unbestimmt sein. Zur Beschreibung des Verformungsverhaltens von techn. Materialien oder Gesteinen wird am häufigsten die Elastizitätstheorie verwendet. Das Hookesche Gesetz beschreibt das proportionale Spannungs-Dehnungs-Verhalten homogener, isotroper, elastischer Materialien.

Materialwissenschaft

In den Materialwissenschaften ist die Scherfestig eine wichtige Kenngröße zur mechanischen Charakterisierung von Werkstoffen, sie drückt die Belastungsfähigkeit eines Werkstoffs auf Abscheren aus. Ermittelt wird die Scherfestigkeit in einem standardisierten Messverfahren, dem entsprechend benannten Scherversuch. Dabei wird ein kreiszylindrischer Probestab in eine U-förmige Schervorrichtung eingelegt und mit einem genau in die Aussparung passenden Scherstempel senkrecht zur Längsachse so lange belastet, bis er abschert.

Aus folgender Beziehung zwischen der Maximalkraft F_m und der Scherfläche S₀ wird die Scherfestigkeit berechnet:

τ_aB = F_m / 2 * S₀

Bodenmechanik

In der Bodenmechanik spielt die Scherfestigkeit bei der Diskussion der mechanischen Eigenschaften von Böden und Gesteinformationen eine wichtige Rolle. Zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Fels- oder Bodenproben im Labor verwendet man auch die folgenden Versuchsgeräte:

• Triaxialgerät (im Gegensatz zu 1- oder 2-axialen Druckversuchen der Werkstoffprüfung)
• Kasten- bzw. Rahmenschergerät
• Kreisringschergerät
• Flügelschergerät

Die Scherfestigkeit kann man auch in situ (vor Ort) mit Großgeräten bestimmen, z. B. mit dem Phicometer-Schergerät.

Bei bindigen Böden (s.a. Lockergestein) beurteilt der Bodenmechaniker die Scherfestigkeit mit dem Bruchkriterium nach Mohr/Coulomb, dessen Kennwerte die Kohäsion (Haftfestigkeit der Gemengteilchen) und der Reibungswinkel sind.

Die Scherfestigkeit von klüftigem Gestein beeinflusst auch dessen Druckfestigkeit.

Bautechnik

Von Bedeutung ist die Scherfestigkeit u.a. bei der zulässigen Belastbarbeit von Gründungen auf Böden und Bauwerken im Felsgestein, im Tunnelbau und bei der Belastbarkeit von Konstruktionswerkstoffen (Stahl, Aluminium, Kunststoff), z. B. bei Schweißnähten, Schrauben und Nieten.

Siehe auch

• Festigkeit, Druckfestigkeit, Bruchfestigkeit, Fließfestigkeit
• Zugfestigkeit, Spalt-, Biegezugfestigkeit