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Druckfestigkeit

Als Druckfestigkeit wird die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs oder auch Baustoffes bei der Einwirkung von Druckkräften bezeichnet.

Die Druckfestigkeit ist der Quotient aus Bruchlast und Querschnittsfläche A eines Prüfkörpers. Sie wird normalerweise ausgedrückt als Kraft pro Fläche (in N/mm²), hat also die Einheit einer mechanischen Spannung.

Zu unterscheiden ist die Druckfestigkeit

von spröde brechenden Materialien, die zerstört werden, wenn die anliegende Druckspannung die Druckfestigkeit eines Körpers übersteigt, sowie
von duktilen Materialien, die sich plastisch verformen, wenn die Fließgrenze überschritten wird, d. h. wenn die elastische Verformung in eine dauerhafte Formänderung übergeht.

Die Druckfestigkeit wird im Labor geprüft, die Prüfverfahren sind in Normen festgelegt (DIN, ÖNORM). Je nach Art und Durchführung der Druckversuche unterscheidet man:

einaxiale Druckfestigkeit (der Prüfkörper kann in allen seitlichen Richtungen ausweichen)
zweiaxiale Druckfestigkeit (die Verformung wird in einer der beiden seitlichen Achsen verhindert)
dreiaxiale Druckfestigkeit (die Verformung wird in allen seitlichen Richtungen verhindert).

Die gemessene Druckfestigkeit eines Materials wächst in dieser Reihenfolge an.

Die Druckfestigkeit kann auch richtungsabhängig sein, z. B. in

Felsgestein, wenn der Fels von Klüften durchzogen oder geschiefert ist.
Holz, das in der Regel in Richtung der Holzfasern bzw. des Stammes eine höhere Druckfestigkeit hat als senkrecht dazu.

Druckfestigkeit von Gesteinen

Festigkeit ist grundsätzlich der Grenzwert der Spannung, bei dem es zum Versagen und zu irreversibler Verformung kommt. Je nach Materialverhalten ist eine spröde Bruchfestigkeit (Scherfestigkeit) von einer duktilen Fließfestigkeit (duktile Verformung) zu unterscheiden. Weiterhin unterscheidet man im Falle der Bruchfestigkeit Druckfestigkeit von Zugfestigkeit. Druckfestigkeit ist diejenige Differentialspannung (σ₁-σ₃, wobei σ₁ > 0>σ₂ > σ₃, σ₁ = größte, σ₂ = intermediäre, σ₃ = kleinste Hauptnormalspannung), bei der ein Material entlang einer Bruchfläche völligen Kohäsionsverlust erleidet. Die Druckfestigkeit von Gesteinen liegt in der Größenordnung von 100 MPa. Zugfestigkeit bezeichnet die Festigkeit eines Materials bei Zugspannung (σ₁ = σ₂ = 0, σ₃ 0). Wird ein bestimmter Grenzwert von σ₃ überschritten, kommt es zum Versagen durch Extensionsbruch, das Material reißt entlang einer Bruchfläche vollständig durch. Die Zugfestigkeit von Gesteinen liegt normalerweise bei 1-4 MPa. Die gängigen Standardversuche zur Bestimmung der Festigkeit sind einachsige Druck- und Zugversuche, dreiaxiale Druckversuche und Scherversuche.

Ist die Druckfestigkeit von Festgesteinen größer als etwa 100 N/mm² (1.000 kg/cm²), übersteigt die entsprechende Bodenklasse den Wert von 6. Die Härte und die Scherfestigkeit dieser Gesteine hängen von der inneren Struktur ab, unter anderem von der Korngröße, Klüftung und Schieferung. Gemessen an der mittleren Druckfestigkeit übersteigt Sandstein mit 200-3.000 kg/cm² teilweise diese Grenze, seltener hingegen Kalkstein und Dolomit (300-1.800), während Granite und Gneise bis etwa 2.500 kg/cm² reichen. Das mechanisch widerstandsfähigste Gestein, das sich in der oberen Erdkruste findet, ist feinkörniger Basalt (bis über 5.000 kg/cm²).

Festigkeitsklasse (einaxiale Druckfestigkeit nach EN ISO 14689-1)

Bezeichnung	Erläuterung	ID
außerordentlich gering	mit Fingernagel leicht ritzbar (unter 1 MPa)	1
sehr gering	mit dem Messer ritzbar; durch feste Aufschläge mit der Spitze des Geologenhammers zu zerbröckeln (1 bis 5 MPa)	2
gering	mit dem Messer nur schwer ritzbar; durch feste Aufschläge mit der Spitze des Geologenhammers schwach einkerbbar (5 bis 25 MPa)	3
mäßig hoch	mit dem Messer nicht mehr ritzbar; durch einen einzigen festen Schläge mit dem Geologenhammer zu zerbrechen (25 bis 50 MPa)	4
hoch	nur durch mehrere Schläge mit dem Geologenhammer zu zerbrechen (50 bis 100 MPa)	5
sehr hoch	nur durch sehr viele Schläge mit dem Geologenhammer zu zerbrechen (100 bis 250 MPa)	6
außerordentlich hoch	durch Schläge mit dem Geologenhammer lösen sich nur Splitter (mehr als 250 MPa)	7