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2024-09-18T08:13:11Z

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Die '''Scher-''' oder '''Schubfestigkeit''' ist eine [[Stoffkonstante]], die den Widerstand ([[Festigkeit]]) eines [[Werkstoff]]s gegen [[Scherung (Mechanik)|Abscherung]] beschreibt, also gegen eine Trennung durch [[tangential]]e Scherkräfte, die zwei einander anliegende Flächen längs zu verschieben suchen.

Sie gibt die maximale [[Schubspannung]] <math>\tau_\mathrm{aB}</math> an, mit der ein Körper vor dem [[Abscherung (Statik)|Abscheren]] belastet werden kann, das heißt die auf die gesamte [[Bruchfläche]] <math>S_\mathrm{0}</math> bezogene maximale [[Tangentialkraft]] <math>F_\mathrm{max}</math>:

:<math>\tau_\mathrm{aB} = \frac{F_\mathrm{max}}{S_\mathrm{0}}</math>

Die Scherfestigkeit hat die Einheit einer [[Mechanische Spannung|Spannung]] ([[Kraft]] pro Fläche) und wird meist angegeben in [[Newton (Einheit)|N]]/mm² oder MN/m².

Die theoretische Schubfestigkeit ist zu unterscheiden von der tatsächlich messbaren Schubfestigkeit. In manchen Zusammenhängen wird nur letztere als ''Scherfestigkeit'' bezeichnet. Im Allgemeinen wird zwischen beiden jedoch nicht unterschieden.<ref>Siehe hierzu "Otto Lueger: ''Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften'', Eintrag [http://www.zeno.org/nid/20006123996 ''Schubfestigkeit''], Bd. 7 Stuttgart, Leipzig 1909., S. 819-821."<br />
Dort wird ausgesagt: "Ueber eine Unterscheidung von Scherfestigkeit und Schubfestigkeit, die wir jedoch nicht für angebracht halten, s. Mörsch, Schub- und Scherfestigkeit des Betons, Schweiz. Bauztg. 1904, XLIV, S. 295, 307."</ref>
== Materialwissenschaft ==
In den [[Materialwissenschaft]]en ist die Scherfestigkeit eine wichtige Kenngröße zur mechanischen Charakterisierung von [[Werkstoff]]en. Sie wird in einem standardisierten [[Meßverfahren|Messverfahren]], dem [[Scherversuch]], ermittelt. Dabei wird ein [[Kreiszylinder|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.

Bei der Betrachtung von [[Kristallgitter]]n, wie beispielsweise von [[Metalle]]n, kann eine theoretische Schubfestigkeit angegeben werden. Dabei kann folgender Zusammenhang zum [[Schubmodul]] <math>G</math> hergestellt werden<ref>{{internetquelle |autor=Bernd Hillemeier |url=http://www.bau.tu-berlin.de/uploads/media/Baustoffkunde_I_Diplom_.pdf |titel=Skript Baustoffkunde I |format=pdf; 2,2 MB |offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20130319052514/http://www.bau.tu-berlin.de/uploads/media/Baustoffkunde_I_Diplom_.pdf |archiv-datum=2013-03-19 |abruf=2013-07-08}}</ref>:

:<math>\tau_\mathrm{aB} \approx \frac{G}{2\,\pi}</math>

Die Schubfestigkeit ist hierbei bedeutend für [[Plastische Verformung]]en des Werkstoffs, welche auf dem Abgleiten entlang von Ebenen im Kristallgitter beruhen. Die tatsächlich messbare Schubfestigkeit ist jedoch aufgrund von [[Kristallfehler|Störungen im Kristallaufbau]] in der Regel erheblich geringer.

== Bodenmechanik ==
In der [[Bodenmechanik]] spielt die Scherfestigkeit bei der Diskussion der mechanischen Eigenschaften von Böden und Gesteinsformationen eine wichtige Rolle.

Zur Bestimmung der Scherfestigkeit von [[Fels]]- oder [[Bodenprobe]]n im [[Labor]] verwendet man auch die folgenden Versuchsgeräte ([[Schergerät]]e):

* [[Triaxialgerät]] (vgl. DIN 18137-2; im Gegensatz zu 1- oder 2-axialen [[Druckversuch]]en der [[Werkstoffprüfung]])
* direkte Scherversuche nach DIN 18137-3:
** Kasten- bzw. [[Rahmenschergerät]]
** Kreisringschergerät
* Flügelschergerät

Die Scherfestigkeit kann man auch [[in situ]] (vor Ort) bestimmen oder ableiten, z. B. mit folgenden Untersuchungsverfahren:
* [[Flügelsondierung|Flügelscherversuche]] nach DIN 4094-4
* [[Drucksondierung]]en nach DIN 4094-1
* [[Großgerät]]e wie das [[Phicometer]]-Schergerät
* [[Kleingerät]]e wie der [[Scherdruckzylinder]]

Die Scherfestigkeit hängt von der wirkenden [[Normalkraft]] ab und misst die ''zusammenhaltenden'' Kräfte, im Gegensatz zu den auf Oberflächen wirkenden [[Reibungskräfte]]n. Die Prüfeinrichtungen realisieren das Verhältnis von Normal- zu Scherkraft unterschiedlich: es kann konstant, veränderlich oder unbestimmt sein.

Der Bodenmechaniker quantifiziert die Scherfestigkeit mit dem [[Schergesetz#Mohr-Coulombsches Bruchkriterium|Bruchkriterium nach Mohr/Coulomb]], das als [[Scherparameter|Bodenkennwerte]] die [[Kohäsion (Bodenmechanik)|Kohäsion]] (Haftfestigkeit der [[Gemisch|Gemenge]]<nowiki/>teilchen) und den [[Reibungswinkel]] sowie als externen Einfluss die Normalspannung enthält.

Die Scherfestigkeit von [[Klüftung|klüftigem]] Gestein beeinflusst auch dessen [[Druckfestigkeit]].

Im Bereich der Bodenmechanik wird für [[Locker-, Halbfest- und Festgestein|Lockergesteine]] zusätzlich zwischen [[Drainage (technische Systeme)|drainierter]] und undrainierter Scherfestigkeit unterschieden.<ref>{{Literatur |Autor=Helmut Prinz, Roland Strauß |Titel=Ingenieurgeologie |Auflage=5 |Verlag=Spektrum |Ort=Heidelberg |Datum= |ISBN=978-3-8274-2472-3 |Seiten=73}}</ref> Mithilfe der undrainierten Scherfestigkeit können näherungsweise Angaben zur [[Konsistenz (Boden)|Konsistenz]] und zur Sensitivität gemacht werden.

== Bautechnik ==
In der [[Bautechnik]] ist die Scherfestigkeit von Bedeutung u. a. bei der zulässigen Belastbarkeit von [[Gründung (Bauwesen)|Gründungen]] auf Böden und Bauwerken im Felsgestein, im [[Tunnelbau]] und bei der Belastbarkeit von [[Strukturwerkstoff|Konstruktionswerkstoffen]] ([[Stahl]], [[Aluminium]], [[Kunststoff]]), z. B. bei [[Schweißen|Schweißnähten]], [[Schrauben]] und [[Niet]]en.

Auch neuerdings eingeführte Berechnungen für die [[Dimensionierung|Bemessung]] von [[Stahlfaserbeton]] gehen von der Scherfestigkeit von Mohr-Coulomb aus.<ref>{{Literatur|Autor=Bernhard Wietek|Titel=Stahlfaserbeton|Verlag=Vieweg + Teubner|Ort=Wiesbaden|Datum=2010|ISBN=978-3-8348-0872-1}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Festigkeit]], [[Bruchfestigkeit]], [[Fließfestigkeit]], [[Kantenfestigkeit]]
* [[Zugfestigkeit]], [[Spaltzugfestigkeit|Spalt-]], [[Biegezugfestigkeit]]

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
* [http://www.geotechnik-gmbh.at/Produkte/Boden/scherfestigkeit.htm ''Scherfestigkeit.''] Bodenphysikalische Grundlagen und Messgeräte. Gesellschaft für Geotechnik GmbH, Wien
* {{Webarchiv |url=http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/iff/lut/studium/ft2/13ftII01.pdf |wayback=20130111222031 |text=Überlegung zur maximalen Scherspannung}}
* [http://www.metalle.uni-bayreuth.de/de/download/teaching_downloads/Vorl_Metalle2/Metalle_II__Teil_c.pdf Theoretische und tatsächliche Schubfestigkeit] (PDF; 11,7 MB)

{{Normdaten|TYP=s|GND=4139713-7}}

[[Kategorie:Scherfestigkeit| ]]
[[Kategorie:Festigkeit]]

Scherfestigkeit - Versionsgeschichte

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