Thema: Tragfhigkeitsmessverfahren von Asphalt und
Betonbefestigungen Sommersemester 2013 Straenbautechnik II
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Allgemeines - Was ist Tragfhigkeit? - Wodurch wird die
Tragfhigkeit beeinflusst? - Wie werden die Messverfahren
unterschieden? - Wie sieht jedes Verfahren im Detail aus?
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Was ist Tragfhigkeit? Grenzzustand, bei dem die Beanspruchung
gleich dem maximalen Widerstand ist. Bei einer Straenbefestigung
beschreibt sie ihre Eigenschaft, die auf sie wirkende Belastung
aufzunehmen, ber ihre Schichten zu verteilen und schadlos in den
Untergrund abzuleiten. Begriffsdefinition: mechanischer Widerstand
einer Straenbefestigung gegen kurzzeitige Verformung (FGSV 1990)
Riss- und Verformungsbestndigkeit einer Straenbefestigung
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Wodurch wird die Tragfhigkeit beeinflusst? Verkehrsbelastung
Klima Temperatur In Verbindung mit Konstruktiven Gegebenheiten
Struktureller Zustand
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Wodurch wird die Tragfhigkeit beeinflusst?
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Wie werden die Messverfahren unterschieden?
Tragfhigkeitsmessungen knnen in - Statische - Quasistatische und -
Dynamische Messverfahren analog zur Belastungswirkung
unterschieden
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Wodurch werden die Messverfahren unterschieden? Eine weitere
Mglichkeit der Unterscheidung ist nach der jeweiligen Schicht
Untergrund/ Unterbau (nicht relevant fr uns) Fertig gebundene
Konstruktionsschicht 1. Benkelmann Balken 2. Lacroix 3. Curviametro
4. Falling Weight Deflectometer (FWD)
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Wodurch werden die Messverfahren unterschieden? Eine weitere
Mglichkeit der Unterscheidung ist nach der jeweiligen Schicht
Untergrund/ Unterbau (nicht relevant fr uns) Fertig gebundene
Konstruktionsschicht 1. Benkelmann Balken Asphalt,(Beton) 2.
Lacroix Asphalt 3. CurviametroAsphalt 4. Falling Weight
Deflectometer (FWD) Asphalt, Beton
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Benkelmann Balken Einsenkungsmessung
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Benkelmann-Balken Standard Benkelmann-Balken Besteht aus einem
als Dreibein ausgebildeten Traggestell auch Messbasis genannt. Am
Traggestell ist ein waagebalkenartiger Tastarm (zweiarmiger Hebel)
in seinen Drittelspunkten gelenkig befestigt. ber diesen Tastarm
werden die Vertikalbewegungen des Messpunktes, welcher sich
zwischen den Zwillingsreifen des Belastungsfahrzeuges befindet, von
der Tastarmspitze auf eine Messuhr bertragen.
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Benkelmann-Balken Bestandteile im berblick: 1. Traggestell mit
drei hhenverstellbaren, gelenkig gelagerten Fen 2. Vertikal
beweglicher, zum Transport arretierbarer Testarm 3. Messuhr mit
einem Messbereich von mindestens 25 mm und einer Genauigkeit von
mindestens +/- 0,005 mm
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Benkelmann-Balken
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Der modifizierte Benkelmann-Balken Zur Beschreibung des
rumlichen Verlaufes einer Einsenkungsmulde ist die gleichzeitige
Erfassung mindestens eines weiteren Messwertes
erforderlich(auerhalb des Lastzentrums) Ziel ist es, durch die Lkw
Radlast den Beanspruchungszustand der Fahrbahnbefestigung
(Spannungen; Dehnungen) abzuschtzen und Art und Dicke der
Verstrkungsschichten abzuleiten.
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Benkelmann-Balken Modifizierung: Zwei-Uhr-Benkelmann-Balken
Zweite Messuhr im Abstand am zur Tastarmspitze
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Benkelmann-Balken Drei-Uhr-Benkelmann-Balken Die Modifizierung
und der Hintergrund ist der gleiche wie bei dem
Zwei-Uhr-Benkelmann-Balken. Die Uhr ist lediglich verschieblich
angebracht. Somit kann ein 3. Messwert abgelesen werden
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Benkelmann-Balken Grundstzliche Vorgehensweise der
Messdurchfhrung: Zweiachsiger Lkw mit Zwillingsrdern hinten, die im
Regelfall mit je 5 t Radlast belastet sind. Abweichung von 9 bis 11
Tonnen Achslast sind zulssig, Gewicht muss ber die Ladeflche
gleichmig verteilt sein Keine Gelndereifen mit grobstolligem Profil
Anzahl und Position der Messstellen sollten bei
Einsenkungsmessungen am verfolgten Untersuchungsziel ausgerichtet
werden. Abstand im Regelfall 25m
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Benkelmann-Balken Vorbereitung der Messung Informationen zum
Aufbau der Fahrbahnbefestigung, zu den hydrologischen Verhltnissen,
zur Frostempfindlichkeit des Untergrundes/ Unterbaus sowie zum
Verlauf ggf. vorhandener Leitungen sollten vorliegen bevor grere
Abstnde gewhlt werden. Sollen Schadensbereiche ermittelt werden,
wird ohne festen Abstand gemessen, sondern nur im Schadensbereich
direkt
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Benkelmann-Balken Messung der Einsenkung in der rechten Radspur
des fahrbahnueren Fahrstreifens. Bei besonderen Ortslagen oder
verformten Fahrbahnrndern sind besondere Messprogramme festzulegen
Messstellen in Kilometrierung einmessen und Abstnde zu markanten
Punkten(Schachtabdeckung, Kunstbauwerke etc.) festzuhalten Pro
Untersuchungsabschnitt etwa 20 Einzelwerte messen
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Benkelmann-Balken Temperaturmessung der Fahrbahnoberflche und
des charakteristischen Oberbaus (bei etwa einem Drittel der
Gesamtdicke der gebundenen Schichten) auf +/- 1 C genau.
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Benkelmann-Balken Messdurchfhrung
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Benkelmann-Balken Die Einsenkung der Tastarmspitze berechnet
sich nach der Formel: Das Verhltnis l1/l2=2 ist
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Benkelmann-Balken Die Gesamtzeit eines Messvorgangs an einer
Messstelle betrgt im Mittel 2,5 Minuten (mit Fahrzeugaufstellung
und Positionierung) Der Vorgang vom Aufstellen des
Belastungsfahrzeuges auf der Messstelle bis zu deren Entlastung
darf bei Messungen aus Asphalt hchstens 1 Minute dauern, um den
Einfluss des viskoplastischen Verhaltens von bituminser Baustoffe
weitgehend auszuschlieen.
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Benkelmann-Balken Ermittlung der Einflusslinie Einflusslinie
wird bei stetig fortschreitender Entlastung bestimmt. Das
Belastungsfahrzeug fhrt langsam nach vorne, whrenddessen bleibt der
Benkelmann Balken unverndert stehen und misst die Einsenkung
Wegstreckenmessung des Fahrzeugs und Einsenkungsmessung an der
Messstelle mssen elektronisch aufgezeichnet werden
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Benkelmann-Balken Witterungsverhltnisse, Straenlage und zustand
Tauperiode des Frhjahrs, 1 bis 3 Wochen nach Frostaufgang
(Zeitpunkt der geringsten Tragfhigkeit) keinesfalls whrend Frost in
dem Oberbau oder Untergrund steckt. Nicht bei hohen
Asphalttemperaturen
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Einsenkungsmessgert Lacroix Bei diesem Verfahren handelt es
sich um ein quasistatisches Verfahren zur Aufnahme
tragfhigkeitsrelevanter Gren auf Asphaltbefestigungen Gemessen wird
die relative Einsenkung eines Punktes der definiert beanspruchten
Straenoberflche in vertikaler Richtung. Die Messwerterfassung
erfolgt ber ein Aufnahmesystem im Bereich der die Strae
kontaktierenden Zwillingsreifen eines Lkw.
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Einsenkungsmessgert Lacroix
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Lacroix Technische Daten: Messbalken ist frei auf der
Straenoberflche zwischen der Vorder- und Hinterachse liegend
Messarm am Messbalken befestigt, vertikal innerhalb von oberen und
unteren Begrenzungen frei beweglich je Radspur ein Messarm mit
induktivem Wegaufnehmersystem je Radspur ein fest mit dem
Messbalken verbundenes Messgehuse darin enthalten: induktive
Wegaufnehmer und ergnzende Schaltelemente
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Lacroix Gerte zur Messwerterfassung, -auswertung und
-darstellung: induktive Wegaufnehmer zur Erfassung der
Messarmbewegung (messbare Einsenkungsgre: Obis 5 mm)
Signalweiterleitung in die Steuer- und Verstrkereinheit
Datenverarbeitung und Speicherung Ergebnisdarstellung, nummerisch
und/oder grafisch.
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Lacroix Anwendungsgrenzen: Mindestverformbarkeit des
Befestigungsaufbaus Oberflche muss ausreichend eben sein 1. Starke
kurzwellige Unebenheiten in Lngsrichtung 2. Schlaglcher sowie 3. in
Querrichtung stark gewlbte Fahrbahnen knnen eine kontinuierliche
Messungwerterfassung verhindern die Maximalwerte der Einsenkung
sollten 0,25 mm nicht berschreiten
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Lacroix Messgenauigkeit Grundstzlich sind die gemessenen
Einsenkungen kleiner als die realen Exakte Korrektur ist nicht
mglich Voraussetzung fr eine fehlerfreie Messwerterfassung ist ein
kontinuierlicher Messvorgang!!
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Lacroix Vorbereitung der Messung: Eine Messdurchfhrung auf
einer Spur reicht aus, solange keine Unterschiede in Konstruktion,
Untergrundverhltnissen und Entwsserungsbedingungen vorliegen. An
mehrstreifigen Straen ist auf dem ueren Fahrstreifen zu messen
Grundvoraussetzung ist die Frostfreiheit im Untergrund/Unterbau und
Oberbau. Bei Asphaltoberflchentemperaturen >35 C erfolgen keine
Messungen Die Last auf der Hinterachse wird durch die Fllmenge des
Wassertankes vor der Messung eingestellt. Regelachslast 10t
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Lacroix Messdurchfhrung: Messung kann unter Verkehr erfolgen,
es sind aber alle relevanten Sicherungsmanahmen zu treffen.
Fahrzeug Lacroix fhrt nur 3 km/h und die Standzeiten fr Anheben und
Absenken des Messarms mssen beachtet werden. Messarm wird
abgesetzt, Meterrad in Positions gebracht Anschlieend die Daten der
Messstrecke, der Achslast, der Oberflchentemperatur und die Station
des Startpunktes eingeben.
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Lacroix ca. alle 6 m eine Erfassung der Vertikalverformung der
Fahrbahnoberflche auf einer Messlnge von 2,10 m. mit ca. 40 bis 42
Einzelmesswerten wird die Verformung bei Annherung der
Zwillingsreifen erfasst
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Einsenkungsmessgert Lacroix
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Lacroix Es werden in einem Abstand von jeweils ca. 6 m folgende
Messwerte ermittelt: Einflusslinie (Verformung am Messpunkt bei
Annherung und Entfernung der Lastachse) maximale Einsenkung
(Lastachse genau ber Messarmspitze). Ergebnisse werden mit Nummer
und Maximalwert auf dem Bildschirm des Boardcomputers angezeigt
Tragfhigkeitsband fr einen Lngenabschnitt von jeweils 600 m
entsteht
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Curviametro kontinuierlich messendes System zur Aufnahme von
Messwerten anhand derer die Tragfhigkeit von
Verkehrsflchenbefestigungen aus Asphalt an definierten Messpunkten
beschrieben wird Gemessen wird die Verformung der beanspruchten
Verkehrsflchenbefestigung in vertikaler Richtung an der
Straenoberflche
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Curviametro Technische Angaben: Belastungsfahrzeug ist ein Lkw
(zwillingsbereift) mit verlngertem hinteren Ausleger Trgerkette
(15m lang) auf der im Abstand von jeweils 5m die Geophone befestigt
sind Die Kette wird zwischen den hinteren Zwillingsreifen mit Hilfe
von Zahnrdern gefhrt Sie dient der bertragung der elektrischen
Signale von den Geophonen zur Datenverarbeitungseinrichtung Fr eine
guten Kontakt mit der Strae ruht sie auf Gummikltzen Geophone
erfassen die Reaktion der Straenoberflche infolge dynamischer
Belastung
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Messfahrzeug
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Curviametro Anwendungs- und Einsatzgrenzen: Messdurchfhrung:
Erfassung ausschlielich auf Asphaltstraen Keine Messungen bei
Kurvenradien < 40 m Keine Messungen bei Regen, bzw. feuchter
oder nasser Fahrbahnoberflche Fahrzeugbewegung: Messstrecken ohne
LKW-Fahrverbote Messstrecken ohne Durchfahrtsbeschrnkung in Gewicht
und Lichtraumprofil Beachtung des Sonn- und
Feiertagfahrverbotes
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Curviametro Vorbereitung der Messung: Manahmen am Curviametro:
Kalibrierung der Thermometer. Einstellen der Achslast. Kontrolle
des Reifendrucks. Kalibrierung der Beschleunigungsaufnehmer.
Ergebnisse aus einer Zustandserfassung und Bewertung (ZEB)
heranziehen Messungen in nur einer Fahrtrichtung knnen ausreichend
sein Auer bei Unterschieden in der Konstruktion, den
Untergrundverhltnissen oder der Entwsserungseinrichtung in der
rechten Rollspur alle 5m(systembedingt) messen bei 5 C bis max. 30
Asphalttemperatur
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Curviametro Durchfhrung der Messung: fr jeden Messabschnitt
einen Vor- und Nachlauf von etwa 50 m Curviametro positionieren und
Trgerkette herablassen Messungen bei einer konstanten
Geschwindigkeit von 5 m/s 0,2 m/s (18 km/h 0,7 km/h) im flieenden
Verkehr Sicherungsmanahmen in Abhngigkeit von der Straenkategorie
erforderlich Im Zuge der Messung werden sowohl der Belastungs- als
auch der Entlastungsvorgang erfasst Nach Abschluss der Messung wird
die Trgerkette in den Transportzustand versetzt
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Curviametro Messzyklus: Ein Zyklus dauert 3 Sekunden (15m)
Geophone zeichnen 100 Messwerte pro Zyklus auf Messraum: 1 m vor
der Hinterachse bis 3 m hinter der Hinterachse
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Curviametro
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Ergebnisse: (Datenbetrachtungsprogramm) zu jeden Messpunkt
(alle 5 m) werden folgende Informationen erfasst: Lokalisierung gem
Anweisung Straeninformationsdatenbank (ASB). Max. Verformung.
Krmmungsradius [m]. Luft- und Oberflchentemperatur [C].
Straenraumbild (in der Regel alle 20 m) graphisch und tabellarisch
mit aufgezeichneten Bildern synchronisieren
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Curviametro
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Einsatz:
Dynamisches Messverfahren zur Bestimmung der Tragfhigkeit von
Straenbefestigungen wird auf Asphalt- und Betonstraen eingesetzt
aufspren von wenig tragfhigen Abschnitten Aussagen zur
Nutzungsdauer und zur Restnutzungsdauer knnen nicht getroffen
werden Messungen mit dem FWD knnen nicht im flieenden Verkehr
durchgefhrt werden
Beschreibung des Messgertes: Fahrgestell (FWD-Anhnger) bzw.
Fahrzeug (built-in-FWD) Belastungs- und Deflexionsmesseinheit
Fallgewicht Lastplatte = 300mm, d = 15mm Kraftmessdose
Geofonbalken. Datenerfassungssystem
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Beschreibung
des Messverfahrens:
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Vorbereitung
der Messung: Feststellung der Aufbaudaten bestehende Struktur der
Fahrbahnkonstruktion aus Bauakten oder durch Bohrkernentnahmen
sowie Georadar-Systemen Immer den Fahrstreifen mit dem meisten
Aufkommen von Schwerverkehr Bei groen Unterschieden in der
Konstruktion (Bauweise, Schichtdicken u.a.) beide Fahrtrichtungen
betrachten Deflexionsmessungen sind in der Regel in der mittleren
ueren Radspur durchzufhren innere Radspur scheidet meistens aus
Sicherheitsgrnden aus, da das Messsystem in den Gegenverkehr
hineinragen kann Der Abstand zwischen den Messpunkten in
Fahrtrichtung betrgt in der Regel 25m Abstnde zu markanten Punkten
(Schichtdickenwechsel, Schachtabdeckungen u.a.) sind mit
aufzunehmen FWD-Messungen sind nur bei Oberbautemperaturen zwischen
5 und 30C durchzufhren
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Durchfhrung
der Messung: Lastplatte (Unterseite mindestens 5 mm dicke
Gummiplatte) muss vollflchigen Kontakt zur Straenoberflche haben
(Besondere Aufmerksamkeit bei Spurrinnen) An jedem Messpunkt sollen
pro Laststufe mindestens zwei Kraftste aufgebracht werden Werte auf
Plausibilitt berprfen Bei einer Abweichung zweier
aufeinanderfolgenden Werte von mehr als 5%, sind weitere Kraftste
aufzubringen Vorzugsweise sind FWD-Messungen in der Auftauperiode
durchzufhren Jahreszeit in der im Allgemeinen die geringsten
Tragfhigkeiten festgestellt werden
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Durchfhrung
der Messung: Folgende Daten werden erfasst und gespeichert: Name
und Ort der Strae Kilometrierung Fahrstreifen und Messlinie
Position der Geofone Durchmesser der Lastplatte Datum der Messung
Uhrzeit (Stunden, Minuten) lfd. Nummer des Kraftstoes Luft- und
Oberflchentemperatur Gre des Kraftstoes und die maximalen
Deflexionen an den Geofonpositionen
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Durchfhrung
der Messung: Gre des Kraftstoes betrgt in der Regel 50 kN Dauer des
Kraftstoes soll in einem Bereich zwischen 25 und 30 ms liegen
Entfernungen der Geofone vom Lastflchenmittelpunkt hngt von der
Steifigkeit der gesamten Straenbefestigung ab In der Regel sollen
folgende Entfernungen gewhlt werden:
0-200-300-450-600-900-1200-1500-1800 mm Temperaturen des gebundenen
Oberbaues sind auf 1 C genau zu messen Messgeschwindigkeit je
Messpunkt ca.1 2 min.
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Asphaltbauweise Ergebnisse
nach Grtz: die elastische Lnge l beschreibt die Tragfhigkeit der
gesamten Straenbefestigung das Schichtmodul M 0 beschreibt die
Tragfhigkeit der ungebundenen Schichten im Straenaufbau
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Beurteilung Bereich IIBereich I Bereich III Bereich IV
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Betonbauweise Zur Erkennung
von hohlliegenden Betonplatten Auflagerbedingungen knnen
messtechnisch zerstrungsfrei und schnell bestimmt werden
Unterschied zur Asphaltbauweise: Anordnung der Geofone Auf dem
Geofonbalken stufenlos vom Lastflchenmittelpunkt 127 cm und
rckwrtig bis mindestens -51 cm angeordnet werden Messlinie in der
mittleren ueren Radspur (ca.1m) Messpunkte Platten Anfang und Mitte
Abstand der Messpunkte in Fahrtrichtung 2,5m
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Betonbauweise Anordnung der
Messlinie und punkte:
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FWD (Falling Weight Deflectometer) Betonbauweise Messverfahren:
Drei Kenngren werden aus den Deflexionen der Laststufe gewonnen
Deflexion d o ; relative vertikale Fugenbewegung f und
Wirksamkeitsindex W f dodo
