Co je mezinárodní index nerovnosti (IRI)?

Mezinárodní index nerovnosti (IRI) je stupnice nerovnosti, kterou čtvrtinový model vozidla počítá z naměřeného profilu vozovky. IRI je zkratka z anglického názvu International Roughness Index. Světová banka stupnici definovala z dřívějšího výzkumu v USA (NCHRP). Vedl k ní Mezinárodní experiment o nerovnosti vozovek v Brasílii v roce 1982.

IRI bylo navrženo tak, aby bylo relevantní, přenositelné a stabilní v čase. Lze je měřit širokou škálou zařízení, protože potřebuje jen profil. V USA z něj FHWA udělala standard pro údaje o nerovnosti v Highway Performance Monitoring System (HPMS). Výpočet dávají ASTM E1926 a AASHTO R 43.

Jak se IRI počítá

Vstupem je podélný profil, tedy výška vozovky podél jedné jízdní stopy. Analýza IRI simuluje na tomto profilu čtvrtinový model vozidla. Model tvoří pneumatika s pružinou, nápravová hmota, odpružení s pružinou a tlumičem a hmota karoserie. Nazývá se Golden Car. Simulovaná rychlost je 80 km/h (49,7 mph).

Golden Car má čtyři pevné parametry. Každý z nich se dělí hmotou karoserie (odpruženou hmotou):

Simulace dá rychlost, jakou se odpružení stlačuje a rozpíná. IRI je průměr absolutní hodnoty této rychlosti přes délku profilu. Tento průměr se nazývá průměrný usměrněný sklon:

IRI = (1 / L) x integral of |axle velocity - body velocity| dt

L je délka profilu a rychlosti nápravy a karoserie jsou svislé rychlosti neodpružené a odpružené hmoty. Výsledkem je sklon, takže jednotky jsou m/km, mm/m nebo in/mi. Převod je 1 m/km = 63,36 in/mi. Hladká vozovka dává nízké IRI.

Pravidla HPMS přidávají tři podrobnosti. Body profilu jsou od sebe nejvýše 6 in. Vlnové délky delší než 300 ft se odfiltrují. IRI se hlásí pro úseky po 0,1 míle. FHWA uvádí, že IRI je nejvíce ovlivněno vlnovými délkami přibližně 2,4 m a 15,4 m.

IRI, MRI a HRI

Přesně řečeno popisuje IRI jednu jízdní stopu, často pravou. Některé agentury měří obě jízdní stopy a průměrují obě hodnoty IRI. Tento průměr je Mean Ride Index (MRI). Half-car Ride Index (HRI) provádí stejnou analýzu na průměru dvou profilů. HRI je nižší než MRI. U asfaltových silnic Sayers zjistil, že HRI je přibližně 0,8 IRI. Před porovnáním dvou hodnot zkontrolujte, který index zpráva používá.

Jak se IRI měří

IRI se počítá z profilu, takže měření je měřením profilu. FHWA uvádí tato zařízení:

• Vysokorychlostní inerciální profilometry. Vozidlo nese akcelerometr, laserové senzory a zařízení pro měření vzdálenosti. Jsou přesné a opakovatelné. Měří při rychlostech silnice bez uzavírky pruhu. Při nízké rychlosti, pod zhruba 15 až 20 mph, nedokáží sbírat přesná data.
• Lehké inerciální profilometry. Používají stejnou technologii v malém vozidle. Agentury je používají na nové stavbě, včetně betonu, který ještě nesmí být zatěžován provozem.
• Pěší profilometry a nivelace latí. Dávají přesné profily, ale jsou pomalé. Agentury pěší profilometry používají ke kalibraci inerciálních profilometrů.
• Přístroje odezvového typu. Vozidlo s roadmetrem měří odezvu. Tyto údaje nejsou v čase stabilní a závisí na vozidle. Je třeba je kalibrovat na stupnici IRI.

Lať a profilograf IRI nedávají. Lať ukazuje jen místní odchylky. Profilograf dává Profile Index (PI), což je jiná statistika. Jeho „in/mi“ má s IRI in/mi jen málo společného. Bodový laser může povrchovou strukturu na rýhovaném betonu číst jako nerovnost, proto FHWA doporučuje čárový laser na texturovaném betonu.

AASHTO a ASTM vydávají podpůrné normy. AASHTO M 328 je specifikace profilometru, R 56 certifikuje profilovací systémy a R 57 pokrývá jejich provoz. ASTM E950 se týká měření profilu inerciálním profilometrem. Při převzetí stavby agentury obvykle certifikují zařízení každý rok a certifikují obsluhu.

Hodnocení IRI pro silnice

Federální pravidla USA hodnotí povrch silnic podle IRI. Pravidlo platí pro National Highway System. Státy hlásí IRI v palcích na míli, u úseků po 0,1 míle, a IRI se počítá podle AASHTO R43-13.

Hodnocení IRI je jeden vstup. U asfaltového úseku celkové hodnocení také používá hodnocení trhlin a vyjetých kolejí. U spárované betonové vozovky používá trhliny a stupňovitý výškový rozdíl (faulting). Úsek je dobrý jen tehdy, když jsou všechna jeho hodnocení dobrá.

IRI ve výstavbě silnic

Agentury používají IRI k přejímce nového povrchu. FHWA uvádí typické přijatelné hodnoty nových silničních vozovek: 52 až 66 in/mi pro asfalt a 57 až 72 in/mi pro beton. Hodnota závisí na agentuře a typu zařízení.

Průzkum z roku 2014 zjistil metriky hladkosti založené na IRI v 39 státech pro nový asfalt a ve 23 státech pro nový beton. Mnoho států platí zhotoviteli pobídku za nízké IRI a uplatňuje sankci za vysoké. Limity, které před přejímkou vyžadují opravu, se obvykle pohybují od 60 do 150 in/mi. FHWA uvádí, že opravy se obvykle týkají jen místní nerovnosti. Většina států také kontroluje místní nerovnost latí. Typický limit je odchylka 3,2 až 6,4 mm na lati o délce 3 až 4,9 m.

IRI a další měření

• PSI. Present Serviceability Index je stupnice 0 až 5 z testu AASHO road test z konce padesátých let. Předpovídá hodnocení jízdního komfortu vozovky. Některé agentury ještě korelují údaje o nerovnosti s PSI, ale FHWA uvádí, že PSI postupně přestává být používán. Sayers v roce 1989 poznamenal, že neexistuje standardní stupnice nerovnosti pro PSI. Paterson odvodil přibližný převod IRI na PSI z několika zdrojů.
• PCI. Pavement Condition Index hodnotí viditelné poruchy na stupnici 0 až 100. ASTM D5340 uvádí, že PCI nedává přímou míru nerovnosti. K získání IRI je potřeba měření profilu.
• Boeing Bump Index. Metoda pro letiště, kterou popisuje další oddíl.

IRI na letištích

IRI je silniční měřítko. FAA AC 150/5380-9 uvádí, že silniční odvětví definuje nerovnost podle jízdního komfortu cestujícího. U letadla AC definuje nerovnost podle únavy částí letadla. Počítá také vlivy na bezpečný provoz, například vibrace v kokpitu a vysoká přetížení (g-forces). AC dodává, že nepohodlí cestujících trvá jen několik sekund. Není to základ pro nerovnost letiště.

AC rozlišuje dva druhy nerovnosti letiště. Jednorázová nerovnost (single event bump) je izolovaná změna výšky na úseku 100 m nebo kratším. Profilová nerovnost je řada odchylek, které způsobují, že letadlo reaguje tak, že přidává únavu, snižuje brzdění nebo zhoršuje činnost v kokpitu.

AC nestanovuje limity IRI. Používá metodu Boeing Bump. Virtuální lať spojuje dva body profilu dráhy, až 120 m od sebe. Metoda porovnává výšku nerovnosti s její délkou podle tří pásem:

Software ProFAA od FAA počítá Boeing Bump Index (BBI). BBI pod 1,0 je v přijatelném pásmu. Standardní interval měření FAA je 0,25 m. Použití AC je povinné pro projekty financované z prostředků AIP nebo PFC.

AC 150/5380-9 také varuje před inerciálními profilometry, které používají horní propust. Filtr může změnit BBI, protože BBI používá delší nerovnosti než IRI. AC takové profilometry pro práci s BBI nedoporučuje. AC 150/5320-6G uvádí, že profily se mají vyhodnocovat programy ProVAL nebo ProFAA.

Pokyny EU IRI také nepoužívají. GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) uvádí přijatelné, tolerovatelné a nadměrné výšky nepravidelnosti povrchu dráhy dané délky. Nad přijatelnou hranicí pokyn plánuje údržbu. Mezi tolerovatelnou a nadměrnou hranicí je oprava povinná. Nad nadměrnou hranicí je příslušná část dráhy důvodem k uzavření.

GM1 ADR-DSN.B.090(a) označuje kontrolu 3metrovou latí, s odchylkou nejvýše 3 mm, jako dosažitelný standard pro hotovou obrusnou vrstvu.

Průzkum vozovky TarmacView hodnotí viditelné poruchy podle ASTM D5340. IRI nepočítá.