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Architekturpreis für Rotterdams “Markthal” / Reform des Vergaberechts / Fachforum “Nachhaltigkeit in der kommunalen Infrastruktur” in Deggendorf

Persönliches: Zum Tode von Artur Fischer / Peter Bertsche verstorben

Firmen und Verbände: Transatlantische Kooperation zwischen Verbänden in der Wasserwirtschaft

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In der Praxis wird für die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite oftmals der zentrische Zwang im frühen Betonalter zugrunde gelegt. Aus mechanischer Sicht kann diese Vorgehensweise nur als eine pragmatische Lösung angesehen werden, da hierbei die maßgebenden Faktoren, wie die zeitliche Entwicklung der Materialeigenschaften und die damit einhergehenden bauteiltypischen Verformungseinwirkungen sowie deren Behinderungssituation, nicht berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann gezeigt werden, dass die Mindestbewehrung für den zentrischen Zwang im frühen Betonalter nicht immer auf der sicheren Seite liegt. Schäden, insbesondere in der Form von wasserführenden Rissen bei WU-Konstruktionen, sind deshalb keine Seltenheit.
Die Schwächen des empirisch modifizierten Nachweises auf Grundlage der Rissschnittgröße wurden detailliert in [1] aufgezeigt und in [2] wurde bereits ein Konzept für die Festlegung der Mindestbewehrung auf Grundlage der Verformungskompatibilität vorgestellt. Dieser erste Teil des Beitrags präsentiert nun ein allgemeines Modell zur verformungsbasierten Ermittlung der Mindestbewehrung und dessen Anwendung für Bodenplatten. Im zweiten Teil [3] wird die Anwendung für den klassischen Fall “Wand auf Fundament” gezeigt und die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Modells durch einen direkten Vergleich mit Ergebnissen einer risskraftbasierten Bemessung gemäß heutiger Bemessungsstandards demonstriert.
Insgesamt lässt sich die Empirie bei der Bestimmung der Mindestbewehrung mit der verformungsbasierten Methode deutlich abschwächen, da hierbei stets Verträglichkeit entlang des gesamten Bauteils nachgewiesen wird. Im Gegensatz dazu wird bei der risskraftbasierten Bemessung gemäß EC2 [4] nur das Kräftegleichgewicht im Querschnitt betrachtet.

Minimum reinforcement for crack width control considering the real member behaviour
It is standard practice to determine the minimum reinforcement for crack width control on base of centric restraint due to concrete hardening. Although this concept gives straightforward results, it can only be seen as a pragmatic solution which is generally not on the safe side. In detail, this simplification neglects the deformation compatibility and considers therefore not the real member behaviour. As a result of this, structural damage - especially in form of leakage in watertight constructions - often occurs.
A detailed presentation of the weakness of this empirically modified cracking force approach can be found in [1]. However, the mechanically consistent determination of the minimum reinforcement for crack width control can be achieved by considering the deformation compatibility of the restrained member, see [2].
This contribution presents the general application of the deformation-based design concept and its particular application in case of “ground slabs”. A second part [3] presents the particular application in case of “walls on foundations” as well as a direct comparison with results from a cracking force-based minimum reinforcement design according to current design standards.
Altogether, the introduced approach reduces the empiricism of minimum reinforcement design significantly. The main reason is the verification of deformation compatibility along the member length. In contrast, however, the cracking force-based minimum reinforcement design according to EC2 [4] solely verifies the equilibrium in a cross section.

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Im vorliegenden Aufsatz werden die rechnerischen Rissbreiten bei frühem und bei spätem Zwang verglichen. Insbesondere wird der Fall betrachtet, dass nach einer frühen Rissbildung infolge Abfließens der Hydratationswärme im fortgeschrittenen Betonalter Zwängungen durch Schwinden und/oder Temperatureinflüsse entstehen. Es wird gezeigt, dass die im jungen Betonalter entstandenen Risse zunächst breiter werden, bevor neue Risse infolge späten Zwangs entstehen können, und dass die resultierende Rissbreite dann größer ist, als wenn die Risse ausschließlich durch späten Zwang entstehen. Für die rechnerische Behandlung dieser Problematik wird ein einfaches Rechenverfahren aufgezeigt. Des Weiteren wird auf die Konzentration von zwangsbedingten Rissen in Schwachstellen, z. B. bei Bodenplatten und Decken mit großen Aussparungen, eingegangen und es wird dargestellt, wie für solche Bauteilgeometrien die rechnerische Begrenzung der Rissbreite erfolgen kann.

Considerations of the Crack Width Resulting from Early and from Late Restraints and in Constrained Concrete Members with Locally Reduced Cross Sections
This paper compares the theoretical crack widths resulting from restraints of concrete members occurring early and restraints occurring later. In particular the special case of early restraint cracking due to cooling after hydration followed by later restraints due to shrinkage or ambient temperature changes is considered. It is shown that the cracks that have formed early must widen before new cracks can form at a later stage when the concrete tensile strength has increased to a higher value. The cracks thus become wider than those forming only at the later stage. A simple model is presented for the calculation of crack widths in such situations. Further, the paper discusses the concentration of restraint cracks in portions of concrete members that possess a reduced cross sectional area as in slabs with large openings. It is shown how the crack width control can be effectively achieved in such situations.

In dynamisch beanspruchten Betonstrukturen treten Schädigungsprozesse auf, die sich in Abhängigkeit vom Beanspruchungsniveau und von der Lastzyklenzahl entwickeln. Mit der Schädigungsentwicklung nimmt die Steifigkeit des Betons ab, wodurch erwartet wird, dass sie Spannungsumlagerungen auf Bauteilebene hervorruft, welche die Lebensdauer der Bauwerke günstig beeinflusst. Die Messung derartiger Steifigkeitsdegradationen und Spannungsumlagerungen ist bislang in-situ als auch unter Laborbedingungen nicht gelungen. Es konnte in der Regel lediglich festgestellt werden, dass die reale Lebensdauer größer ist als die rechnerische bzw. Indikatoren wie die Bauteildurchbiegung mit der Lastwechselzahl zunehmen.
Im Gegenzug scheinen Ultraschallmessverfahren für die Beschreibung derartiger Degradationsprozesse gut geeignet zu sein. So wird vermutet, dass anhand von Ultraschallgeschwindigkeitsmessungen die Steifigkeitsdegradation dynamisch beanspruchter Betonbauteile erfasst werden kann. Vor diesem Hintergrund wurden Ermüdungsversuche an kleinformatigen Betonproben durchgeführt. Ziel war es, die Steifigkeitsdegradation der Probekörper und die Ergebnisse von Ultraschalllaufzeitmessungen vergleichend gegenüber zu stellen, um Aussagen über deren Korrelation zu treffen sowie Anwendungspotenziale für ein Lebensdauermonitoring zu identifizieren.

Investigations on stiffness and ultrasonic pulse velocity of concrete under fatigue loads
In dynamically loaded concrete structures damage processes occur which depend on the stress level and the number of applied load cycles. The damage evolution is linked with the stiffness reduction of the concrete. It is expected that the stiffness reduction causes stress redistributions at the component level and affects the service life of the structure favorable. But until now the stiffness reduction and the stress redistribution has not been measured in laboratory tests and in situ successfully. It was only found that the real service life is greater than the calculated one or indicators for the stiffness reduction like the component deflection increases with the number of applied load cycles.
In return ultrasound measurement methods are handled to be well suited for the description of such degradation processes. It is supposed that on the basis of ultrasonic pulse velocity measurements the stiffness reduction of dynamically loaded concrete structures can be observed reliable. Against this background, fatigue tests were performed on small-sized concrete specimens. The aim of the tests was to compare the stiffness reduction of the specimen and the results of ultrasonic transmission measurements to make statements about their correlation and to identify the potential for a lifetime monitoring.

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Das dem derzeitigen Stand der Technik entsprechende Bemessungskonzept für Verankerungen führt bei randnahen Mehrfachbefestigungen unter Querbelastung und in weiterer Folge auch bei einer kombinierten Beanspruchung zu teilweise konservativen Ergebnissen. Aus bereits durchgeführten Untersuchungen zur Verbesserung des vorhandenen Bemessungskonzepts für randnahe Mehrfachbefestigungen unter Schrägzugbelastung geht hervor, dass solche Verankerungen nach dem Versagen der ersten Ankerreihe durch Betonkantenbruch noch Resthaltekräfte aufweisen, weshalb eine Berücksichtigung dieser zur Steigerung der Effizienz der Bemessung beitragen kann. Da die quantitative Beschaffenheit dieser Resttragfähigkeit jedoch noch weitgehend unerforscht ist, wird in diesem Beitrag auf Basis experimenteller Untersuchungen aufgezeigt, in welcher Größenordnung sich diese Resthaltekräfte bewegen. Hierzu wird eine randnahe Einzelbefestigung des Verbunddübeltyps zunächst unter reiner Querlast in Richtung des freien Bauteilrandes bis zum Eintritt des Betonkantenbruchs belastet und anschließend die zentrische Resttragfähigkeit bestimmt.

Evaluation of the residual capacity in tension on bonded anchors close to the edge after concrete edge failure
The state of the art design concept for anchorages in concrete leads to partly conservative results especially for fastenings close to the edge under shear load or subsequently under inclined load. Former investigations concerning the improvement of the actual design concept for anchorages close to the edge under inclined load show that such fastening situations have a residual capacity, although the first anchor row has already failed under shear load due to concrete edge failure. Therefore, the provision of this residual capacity can increase the performance of the design concept. Due to the lack in the quantitative range of the residual capacity, the scale of these forces was identified based on experimental tests within this article. Hence single bonded anchors close to the edge are loaded in a first step with a shear load towards the free edge until the concrete edge fails and afterwards the centric residual capacity is determined.

The paper explores the conditions of emergence and first applications of thin hypar concrete shells. They appeared in France in the 1930s in the context of building hangars for aircraft and roofs for workshops at air or naval bases. Two French engineers were mainly involved in the development of this form: BERNARD LAFFAILLE, who began designing conoid shells in 1927 but actually never got the opportunity to build concrete hypars, and FERNAND AIMOND, who established the membrane theory of the hypar in 1932 and applied it to design and construct several HP roofs in 1934-1939. The paper describes these forgotten structures and recalls the influence of AIMOND's contributions from the mid-1930s on the subsequent widespread adoption of the hypar.

Anfänge der dünnen Hyparschalen aus Beton in den 1930er-Jahren
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den Bedingungen der Entstehung und den ersten Anwendungen von dünnen Hyparschalen (HP-Schalen) aus Beton. Diese ergaben sich in den 1930er-Jahren in Frankreich im Zusammenhang mit der Errichtung von Flugzeughangars und Werkstattdächern für Flugplätze und Flottenstützpunkte. Es waren zwei französische Ingenieure, die hauptsächlich an der Entwicklung dieser neuen Bauart beteiligt waren: BERNARD LAFFAILLE, der 1927 mit dem Entwurf von Konoidschalen begann, jedoch nie die Gelegenheit hatte, Hyparschalen aus Beton zu bauen, und FERNAND AIMOND, der 1932 die Membrantheorie der Hyparschalen etabliert hat und diese auch in den Jahren 1934-1939 für den Entwurf und die Errichtung zahlreicher HP-Schalendächer angewendet hat. Im Beitrag werden diese heute teilweise in Vergessenheit geratenen Konstruktionen beschrieben und daran erinnert, welchen Einfluss AIMOND seit Mitte der 1930er-Jahre auf die anschließende verbreitete Anwendung von Hyparschalen hatte.

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Die Obermain Therme Bad Staffelstein ist Bayerns wärmste und stärkste Thermalsole. Über 1.600 m2 Wasserfläche und über 15.000 m2 Saunalandschaft laden zum Verweilen ein. Im Rahmen einer groß angelegten Modernisierung der Badehalle wurde auch das Innenbecken umgestaltet. Das buchstäbliche Highlight bildet nun eine Grotte in Form eines stilisierten Salzkristalls aus LUCEM Lichtbeton, die mit beeindruckenden Farbwechseln, sanften Klängen und zahlreichen Massagedüsen für eine völlig neue Wohlfühlatmosphäre sorgt.

Persönliches:
Prof. Heiner Cordes 80 Jahre

Nachrichten: Staatspreis Baukultur Baden-Württemberg 2016 verliehen / Erfolgreiches 7. fischer Expertenforum für Befestigungstechnik

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Zuschrift zu: UNTERBUCHBERGER, CLAUDIA; MÜLLER, ANDRÉ: Toleranzen und Vorhaltemaß der Betondeckung beim Nachweis der Feuerwiderstandsdauer im Massivbau. Beton- und Stahlbetonbau 110 (2015), Heft 10, S. 646-655.

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Tunnel boring machine at the Filder Tunnel ready for second drive / Tunnelvortriebsmaschine am Fildertunnel für zweite Schildfahrt bereit
Refurbishment of the Bruck chain of tunnels completed / Sanierung Tunnelkette Bruck abgeschlossen
Provisional result of tendering for the contract Mauls 2-3 / Vorläufiges Ergebnis der Ausschreibung Baulos Mauls 2-3
Implenia wins infrastructure project in Norway / Implenia gewinnt Infrastrukturgroßprojekt in Norwegen
Fröschnitzgraben access shafts for the Semmering Base Tunnel in operation / Zugangsschächte Fröschnitzgraben für den Semmering-Basistunnel in Betrieb
Strabag receives road and tunnel contract in Norway / Strabag erhält Straßen- und Tunnelbauauftrag in Norwegen
All three construction sections awarded at the Semmering Base Tunnel / Alle drei Baulose am Semmering-Basistunnel vergeben
Refurbishment of the Wald and Pretallerkogel Tunnels / Sanierung von Wald- und Pretallerkogeltunnel
Further underground railway contract in Cairo / Weiterer Auftrag für die U-Bahn in Kairo
TBM quartet for Norway / TBM-Quartett für Norwegen
Call for papers - Themes for the next issues of Geomechanics and Tunnelling / Themen für die nächsten Ausgaben der “Geomechanics and Tunnelling”

With the use of tunnel boring machines under different geological and geotechnical conditions, the support with precast elements has been state of the art for decades. For the verification of the load-bearing and deformation behaviour of these high-strength reinforced concrete elements under exact known loading conditions, a test rig has been developed and implemented in a cooperation between experts of Austrian Federal Railways (ÖBB-Infrastruktur AG, SAE Fachbereich Bautechnik/Tunnelbau) and the Montanuniverität Leoben (Chair of Subsurface Engineering). The newly developed segment test rig allows biaxial tests on real segments. Due to the modular construction it is feasible to test segments with different geometries and dimensions. The obtained findings should be included in the optimization of these elements. Furthermore, the optimisation of the reinforcement design and replacement of steel bar reinforcement with fibre reinforcement is being investigated. With this test rig, an important step has been taken towards new technologies and materials in the field of segment linings. Currently, tests with distributed fibre optic sensing systems are carried out in cooperation with the Graz University of Technology (Institute of Engineering Geodesy and Measurement Systems - IGMS). A fibre optic sensing cable can be embedded in the segment during production and used for lifelong in-situ deformation measurements of the segment.
Bei einem kontinuierlichen Vortrieb mit Tunnelvortriebsmaschinen zählt der Ausbau des aufgefahrenen Hohlraums mit Tübbingen seit Jahrzehnten zum Stand der Technik. Zur Verifizierung des Trag- und Verformungsverhaltens der Tübbinge bei unterschiedlichen geologischen und geotechnischen Verhältnissen unter definierten Belastungs- und Auflagerbedingungen wurde in enger Kooperation zwischen der ÖBB-Infrastruktur AG (SAE Fachbereich Bautechnik/Tunnelbau) und dem Lehrstuhl für Subsurface Engineering der Montanuniversität Leoben ein Prüfstand geplant und realisiert, der biaxiale Versuche an Tübbingen ermöglicht. Durch den modularen Aufbau ist das Prüfen von unterschiedlichen Tübbinggeometrien sowie -abmessungen möglich. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen in die Tübbingoptimierung einfließen. Unter anderem sollen Optimierungen des Bewehrungsdesigns und die mögliche Verwendung von Faserbewehrung untersucht werden. Zukünftig bietet dieser Prüfstand neue Prüfmöglichkeiten zur Weiterentwicklung des Tübbingausbaus und dessen Materialien. Derzeit werden Versuche mit faseroptischen Messsystemen in Kooperation mit dem Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme (IGMS) der Technischen Universität Graz durchgeführt. Das faseroptische Sensorkabel wird während der Herstellung in den Tübbing eingebettet und kann zur In-situ-Deformationsmessungen über die gesamte Lebensdauer des Tübbings genutzt werden.

With mechanized shield tunnelling the quality of the backfill is of significant importance for the stability of the lining. The used material affects the interaction between support and rock mass. Therefore, the choice of a proper backfilling material is of great importance for the system behaviour. Scaled model tests have been carried out investigating the relocation behaviour of pea gravel within the annular gap. The tests have shown that especially with Double shielded TBMs a distinct relocation mechanism is triggered by the regripping process. This leads to an unfavourable bedding situation immediately behind the TBM shield.
Within a numerical study the influence of an incomplete bedding situation on the section forces within the lining segments has been carried out. The simulations have shown that crack propagation is more likely in unfavourable bedding situations. Nevertheless, numerical simulations have proven that cracks within the segments denote a higher utilization level but do not directly imply an acute danger to the load-bearing capacity. As observed in reality, the state of incomplete bedding represents the relevant load case.
A design improvement has been introduced overcoming the temporary state of a partially bedded segmental lining. Furthermore, this approach prevents a large-scale relocation process of pea gravel within the annular gap.
Bei Schildvortrieben hat die Qualität der Ringspaltverfüllung einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Tübbingausbaus. Das verwendete Bettungsmaterial beeinflusst die Interaktion Gebirge-Tübbingausbau. Deshalb ist die Wahl eines geeigneten Materials für die Ringraumverfüllung von hoher Bedeutung für das Systemverhalten. Zur Untersuchung des Umlagerungsverhaltens von Perlkies innerhalb des Ringspalts wurden Laborversuche durchgeführt. Die Versuche zeigten, dass vor allem bei Doppelschildmaschinen eine ausgeprägte Tendenz zur Umlagerung des Perlkieses in Längsrichtung während des Umsetzvorgangs gegeben ist. In Folge dessen sind die Tübbingringe unmittelbar hinter dem Schildschwanz nur teilgebettet.
Mittels numerischer Simulationen wurde der Einfluss der unvollständigen Bettung auf die Schnittkräfte der Tübbingsegmente untersucht. Die Simulationen haben gezeigt, dass die Rissentwicklung vor allem bei ungünstigen Bettungsszenarien bevorzugt auftritt. Weiters wurde festgestellt, dass Betonrisse lediglich auf einen erhöhten Ausnutzungsgrad innerhalb der Stahlbetonfertigteile, jedoch nicht auf eine Gefährdung der Ausbautragfähigkeit hinweisen. Wie in der Realität beobachtet, repräsentiert der Zustand der unvollständigen Bettung den maßgebenden Lastfall.
Abschließend wird eine Maßnahme vorgestellt, die die temporäre Bettung gezielt verbessern soll. Zudem verhindert diese eine großräumige Umlagerung von Perlkies innerhalb des Ringspalts.

Performance prediction is one of the crucial issues for estimating excavation costs and construction time of tunnel projects. In mechanized tunneling, TBM performance highly depends on achieved penetration rate and cutter wear. The aim of the research group ABROCK and the topic of this paper is the improvement of penetration prediction by performing on-site penetration tests. Therefore estimated parameters by two existing prediction models (Gehring model, Colorado School of Mines model) are compared with the results of penetration tests at Austrians large infrastructure project of the OeBB Koralm tunnel construction lot KAT2. Penetration tests are a common tool to determine the performance of a TBM in certain geological environments. During a test, the TBM is operated under defined conditions that allow the comparison of different tunnel projects and machine types in analogous geological conditions. Results show that only for a narrow scope, considered prediction models reveal appropriate fitting. Once the rock mass is fractured or the stress level within the rock mass changes, existing models are not applicable. This fact emphasizes the need of an update for penetration prediction models by implementing a correction factor for discontinuities and the stress state in a rock mass. This may result in a new prognosis model called Alpine model.
Die Leistungsprognose ist einer der wichtigsten Aspekte für die Kalkulation von Baukosten und Bauzeiten bei Tunnelprojekten. Die Leistung einer TBM wird von der erreichten Penetration sowie dem auftretenden Werkzeugverschleiß bestimmt. Ziel der Forschungsgruppe ABROCK sowie Schwerpunkt dieses Beitrags ist es, existierende Penetrationsprognosemodelle mithilfe von Penetrationsversuchen auf Tunnelbaustellen zu verbessern. In diesem Beitrag werden die prognostizierten Penetrationswerte von zwei gebräuchlichen Modellen (Gehring Model, Colorado School of Mines Model) mit den Ergebnissen der Penetrationsversuche am großen österreichischen Infrastrukturprojekt der ÖBB-Infrastruktur AG, dem Koralmtunnel Baulos KAT2, verglichen. Der Penetrationsversuch ist eine häufig angewandte Methode, um die Leistung einer TBM in einem gewissen geologischen Umfeld zu bestimmen. Hierbei wird die Maschine unter definierten Bedingungen gefahren, wodurch ein Vergleich unterschiedlicher Tunnelprojekte sowie Maschinentypen bei entsprechenden geologischen Verhältnissen ermöglicht wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die untersuchten Prognosemodelle nur für einen sehr engen Anwendungsbereich zuverlässige Werte liefern. Sobald das Gebirge Trennflächen oder einen veränderten Spannungszustand aufweist, sind beide Ansätze nicht mehr brauchbar. Diese Tatsache zeigt deutlich, dass die existierenden Modelle adaptiert werden müssen, indem Korrekturfaktoren für das Trennflächengefüge sowie den Spannungszustand im Gebirge implementiert werden. Dies soll in einem neuen Prognosemodell, dem sogenannten Alpine-Modell resultieren.

Within the scope of a research activity of ÖBB-Infrastruktur AG (Austrian Federal Railways) improvements for tunnel face documentation during TBM tunnelling are investigated. This contribution presents an autonomous imaging unit for taking videos of the tunnel face. The unit is installed during maintenance shift in the cutter head of a hard rock TBM. While turning the cutter head, a video is taken. Simultaneously a smartphone that also controls the camera tracks the orientation of the imaging system. From the video a consistent three-dimensional image is generated using latest algorithms from photogrammetry. The resulting 3D images are used for determining single block detachments from the tunnel face as well as quantifying the planarity in general. They serve for enhancing geological mapping including the determination of discontinuities and provide comprehensive and objective documentation information. First successful applications at Koralmtunnel lot KAT2 showed the value of this new way of documentation and measurements.
Im Rahmen einer Forschungsaktivität der ÖBB Infrastruktur AG werden Verbesserungen zur Dokumentation der Ortsbrust bei TBM-Vortrieben untersucht. Dieser Beitrag zeigt eine autonome Aufnahmeeinheit, die Videos der Ortsbrust erfasst. Die Aufnahmeeinheit wird während der Wartungsschicht im Bohrkopf einer Hartgesteins-Tunnelvortriebsmaschine installiert, und während einer Drehung des Bohrkopfs wird ein Video aufgenommen. Gleichzeitig zeichnet ein Smartphone, das auch die Kamera steuert, Orientierungsinformationen auf. Aus dem Video wird unter Anwendung aktueller Algorithmen der Photogrammetrie ein konsistentes dreidimensionales Bild erzeugt. Die resultierenden 3D-Bilder werden dazu benutzt, um einzelne Ausbrüche aus der Ortsbrust sowie die Ebenheit der aufgenommenen Bereiche zu quantifizieren. Sie dienen außerdem für eine verbesserte geologische Kartierung inklusive der Bestimmung von Trennflächenorientierungen und stellen eine umfassende und objektive Dokumentation dar. Erste erfolgreiche Anwendungen beim Baulos KAT2 des Koralmtunnels zeigen den Wert dieser neuartigen Art der Dokumentation und messtechnischen Bewertung.