Durch Quellen, Schwinden, Kriechen können Baustoffe wie Beton und Mauerwerk eine Formänderung erfahren. Die Formänderung wird durch Alter, Größe und Umgebungsbedingungen des Bauteils beeinflusst. Kann sich ein Bauteil hinsichtlich der Formänderung nicht frei verformen, kommt es häufig zu Rissen.
In der Praxis wird sich ein Bauteil in der Regel nicht behinderungsfrei verformen können, weil es mit Nachbarbauteilen verbunden ist. Verformen sich verbundene Bauteile unterschiedlich, so entstehen Spannungen. Wenn die Verformungen durch äußere Kräfte (Zwang) behindert werden, wird die dadurch verursachte Spannung als äußere bzw. Zwangsspannung bezeichnet. Spannungen in einem Bauteil können jedoch auch ohne Einwirkung äußerer Kräfte entstehen, z.B. wenn sich das Bauteil unterschiedlich erwärmt oder wenn es ungleichmäßig austrocknet, z.B. außen stärker als im Kern. Die dadurch entstehenden Spannungen werden dann als Eigenspannungen bezeichnet (Bild 1).
Beim Mauerwerk tritt dieser Fall vor allem bei dickeren Wänden und Pfeilern auf, wenn Steine mit hoher Einbaufeuchte vermauert werden und anschließend austrocknen. Durch die ungleiche Austrocknung über den Querschnitt entstehen Eigenspannungen, und zwar Zugspannungen in den äußeren, stärker austrocknenden Bereichen und Druckspannungen im Kernbereich.
Die Größe der entstehenden Spannungen ist im Wesentlichen abhängig von
- der Größe der Formänderungen
- dem Behinderungsund Einspanngrad
- den Steifigkeitsverhältnissen der miteinander verbundenen Bauteile mit Elastizitätsund Schubmodul
- dem Spannungsabbau infolge Relaxation
Relaxation ist der zeitabhängige Spannungsabbau bei konstanter Dehnung. Beispielsweise wird in einem Bauteil eine Ausgangsspannung durch konstante Temperaturdehnung hervorgerufen. Diese Ausgangsspannung verringert sich infolge von Relaxation (innerer Spannungsabbau) nach einer gewissen Zeit auf eine wesentlich geringere Endspannung.
Kritisch sind Zugspannungen oder Scherbzw. Schubspannungen, weil die Zugfestigkeit und die Schubbeanspruchbarkeit von Mauerwerk im Vergleich zur Druckfestigkeit relativ gering sind. Risse im Bauteil entstehen dann, wenn die Spannungen die entsprechende Festigkeit überschreiten bzw. die vorhandenen Dehnungen größer als die Bruchdehnung werden.