Was ist der Internationale Rauheitsindex (IRI)?

Der Internationale Rauheitsindex (IRI) ist eine Rauheitsskala, die ein Viertelwagen-Modell aus einem gemessenen Fahrbahnprofil berechnet. IRI ist die Abkürzung für den Internationalen Rauheitsindex. Die Weltbank definierte die Skala aus früherer US-Forschung (NCHRP). Das Internationale Straßenrauheits-Experiment in Brasilia im Jahr 1982 führte zu ihr.

Der IRI wurde so entworfen, dass er aussagekräftig, übertragbar und über die Zeit stabil ist. Er lässt sich mit einer breiten Palette von Geräten messen, weil er nur ein Profil braucht. In den USA machte die FHWA ihn zum Standard für die Rauheitsdaten im Highway Performance Monitoring System (HPMS). ASTM E1926 und AASHTO R 43 beschreiben die Berechnung.

Berechnung des IRI

Die Eingangsgröße ist ein Längsprofil, also die Höhe des Belags entlang einer Radspur. Die IRI-Analyse simuliert ein Viertelwagen-Modell auf diesem Profil. Das Modell besteht aus einer Reifenfeder, einer Achsmasse, einer Federung mit Feder und Dämpfer sowie einer Aufbaumasse. Es heißt Golden Car. Die simulierte Geschwindigkeit beträgt 80 km/h (49,7 mph).

Der Golden Car hat vier feste Parameter. Teilen Sie jeden durch die gefederte Masse (die Aufbaumasse):

Die Simulation liefert die Geschwindigkeit, mit der sich die Federung zusammendrückt und ausdehnt. Der IRI ist der Mittelwert des Betrags dieser Geschwindigkeit über die Länge des Profils. Dieser Mittelwert heißt average rectified slope:

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

L ist die Länge des Profils. Die Achs- und Aufbaugeschwindigkeiten sind die vertikalen Geschwindigkeiten der ungefederten und der gefederten Masse. Das Ergebnis ist eine Steigung, deshalb lauten die Einheiten m/km, mm/m oder in/mi. Die Umrechnung lautet 1 m/km = 63,36 in/mi. Ein glatter Belag ergibt einen niedrigen IRI.

Die HPMS-Regeln fügen drei Einzelheiten hinzu. Die Profilpunkte liegen höchstens 6 in auseinander. Wellenlängen über 300 ft werden herausgefiltert. Der IRI wird für Abschnitte von 0,1 Meile angegeben. Die FHWA nennt Wellenlängen von etwa 2,4 m und 15,4 m als die, die den IRI am stärksten beeinflussen.

IRI, MRI und HRI

Streng genommen beschreibt der IRI eine Radspur, oft die rechte. Manche Behörden messen beide Radspuren und mitteln die beiden IRI-Werte. Dieser Mittelwert ist der Mean Ride Index (MRI). Der Half-car Ride Index (HRI) führt dieselbe Analyse auf dem Mittel der beiden Profile aus. Der HRI ist niedriger als der MRI. Bei Asphaltstraßen fand Sayers, dass der HRI etwa 0,8 des IRI beträgt. Prüfen Sie, welchen Index ein Bericht verwendet, bevor Sie zwei Werte vergleichen.

Messung des IRI

Der IRI wird aus einem Profil berechnet, deshalb ist die Messung eine Profilmessung. Die FHWA nennt folgende Geräte:

• Hochgeschwindigkeits-Trägheitsprofiler. Ein Fahrzeug trägt einen Beschleunigungsmesser, Lasersensoren und ein Wegmessgerät. Sie sind genau und wiederholbar. Sie erfassen Daten mit Straßengeschwindigkeit ohne Fahrspursperrung. Bei niedriger Geschwindigkeit, unter etwa 15 bis 20 mph, können sie keine genauen Daten erfassen.
• Leichte Trägheitsprofiler. Sie nutzen dieselbe Technik in einem kleinen Fahrzeug. Behörden setzen sie beim Neubau ein, auch bei Beton, der noch keinen Verkehr tragen kann.
• Gehende Profilmesser sowie Latte und Nivelliergerät. Sie liefern genaue Profile, sind aber langsam. Behörden nutzen gehende Profilmesser, um Trägheitsprofiler zu kalibrieren.
• Messgeräte des Antworttyps. Ein Fahrzeug mit einem Roadmeter misst die Antwort. Diese Werte sind über die Zeit nicht stabil und hängen vom Fahrzeug ab. Sie müssen auf die IRI-Skala kalibriert werden.

Eine Richtlatte und ein Profilograph ergeben keinen IRI. Eine Richtlatte zeigt nur örtliche Abweichungen. Ein Profilograph liefert den Profile Index (PI), eine andere Kennzahl. Sein „in/mi“ hat wenig mit dem IRI in/mi gemeinsam. Ein Punktlaser kann die Textur von gerilltem Beton als Rauheit lesen, deshalb empfiehlt die FHWA auf texturiertem Beton einen Linienlaser.

AASHTO und ASTM veröffentlichen die unterstützenden Normen. AASHTO M 328 ist die Spezifikation für Profiler, R 56 zertifiziert Profilsysteme und R 57 deckt ihren Betrieb ab. ASTM E950 behandelt die Messung eines Profils mit einem Trägheitsprofiler. Für die Abnahme beim Bau lassen Behörden in der Regel die Geräte jährlich zertifizieren und den Bediener zertifizieren.

IRI-Bewertung für Straßen

Die US-Bundesregeln bewerten Straßenbeläge nach dem IRI. Die Regel gilt für das National Highway System. Die Staaten melden den IRI in Zoll pro Meile für Abschnitte von 0,1 Meile, und der IRI wird nach AASHTO R43-13 berechnet.

Die IRI-Bewertung ist nur eine Eingangsgröße. Bei einem Asphaltabschnitt nutzt die Gesamtbewertung außerdem die Bewertungen für Risse und Spurrinnen. Bei einem Abschnitt aus Fugenbeton nutzt sie Risse und Faulting. Ein Abschnitt ist nur dann Gut, wenn alle seine Bewertungen Gut sind.

IRI im Straßenbau

Behörden nutzen den IRI zur Abnahme neuer Beläge. Die FHWA nennt übliche akzeptable Werte für neue Straßenbeläge: 52 bis 66 in/mi für Asphalt und 57 bis 72 in/mi für Beton. Der Wert hängt von der Behörde und der Art der Anlage ab.

Eine Umfrage von 2014 fand IRI-basierte Ebenheitskennzahlen in 39 Staaten für neuen Asphalt und in 23 Staaten für neuen Beton. Viele Staaten zahlen dem Auftragnehmer eine Prämie für einen niedrigen IRI und setzen bei einem hohen IRI einen Abzug an. Grenzwerte, die vor der Abnahme eine Korrektur verlangen, liegen typischerweise zwischen 60 und 150 in/mi. Die FHWA merkt an, dass Korrekturen meist nur für lokale Rauheit gelten. Die meisten Staaten prüfen lokale Rauheit außerdem mit einer Richtlatte. Eine übliche Grenze ist eine Abweichung von 3,2 bis 6,4 mm unter einer 3 bis 4,9 m langen Richtlatte.

IRI und andere Kennzahlen

• PSI. Der Present Serviceability Index ist eine Skala von 0 bis 5 aus dem AASHO Road Test der späten 1950er-Jahre. Er sagt eine Bewertung des Fahrkomforts durch ein Bewertungspanel voraus. Einige Behörden setzen Rauheitsdaten noch mit dem PSI in Beziehung, aber die FHWA merkt an, dass der PSI aus der Mode kommt. Sayers stellte 1989 fest, dass es keine standardisierte PSI-Rauheitsskala gibt. Paterson leitete aus mehreren Quellen eine näherungsweise Umrechnung von IRI in PSI ab.
• PCI. Der Pavement Condition Index bewertet sichtbare Schäden von 0 bis 100. ASTM D5340 stellt fest, dass der PCI kein direktes Maß für die Rauheit ist. Ein Belag braucht eine Profilmessung, um einen IRI zu erhalten.
• Boeing Bump Index. Das Flugplatzverfahren, das der nächste Abschnitt beschreibt.

Der IRI auf Flugplätzen

Der IRI ist ein Straßenmaß. FAA AC 150/5380-9 stellt fest, dass die Straßenbauindustrie Rauheit über den Fahrkomfort eines Passagiers definiert. Für ein Flugzeug definiert die AC Rauheit über die Ermüdung von Flugzeugteilen. Sie berücksichtigt außerdem Auswirkungen auf den sicheren Betrieb, etwa Vibrationen im Cockpit und hohe g-Kräfte. Die AC ergänzt, dass das Unbehagen von Passagieren nur wenige Sekunden dauert. Es ist nicht die Grundlage der Flugplatzrauheit.

Die AC teilt die Flugplatzrauheit in zwei Arten ein. Eine einmalige Unebenheit ist eine vereinzelte Höhenänderung über eine Strecke von 100 m oder weniger. Profilrauheit ist eine Folge von Abweichungen, die ein Flugzeug so reagieren lassen, dass sie Ermüdung erhöhen, das Bremsen verringern oder den Cockpitbetrieb beeinträchtigen.

Die AC setzt keine IRI-Grenzwerte. Sie verwendet das Boeing-Bump-Verfahren. Eine virtuelle Richtlatte verbindet zwei Punkte des Pistenprofils, bis zu 120 m voneinander entfernt. Das Verfahren vergleicht die Höhe der Unebenheit mit ihrer Länge in drei Zonen:

Die FAA-Software ProFAA berechnet den Boeing Bump Index (BBI). Ein BBI unter 1,0 liegt in der akzeptablen Zone. Das Standard-Messintervall der FAA beträgt 0,25 m. Die Anwendung der AC ist für Projekte verbindlich, die mit AIP- oder PFC-Mitteln finanziert werden.

AC 150/5380-9 warnt außerdem vor Trägheitsprofilern, die einen Hochpassfilter anwenden. Der Filter kann den BBI verändern, weil der BBI längere Unebenheiten nutzt als der IRI. Für BBI-Arbeiten empfiehlt die AC solche Profiler nicht. AC 150/5320-6G sagt, Profile mit ProVAL oder ProFAA auszuwerten.

Auch die EU-Hinweise verwenden den IRI nicht. GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) nennt akzeptable, tolerierbare und übermäßige Höhen einer Unebenheit der Pistenoberfläche für eine gegebene Länge. Oberhalb der akzeptablen Grenze plant der Hinweis Instandhaltungsmaßnahmen. Zwischen der tolerierbaren und der übermäßigen Grenze ist eine Korrektur verbindlich. Oberhalb der übermäßigen Grenze ist der Pistenbereich zu sperren.

GM1 ADR-DSN.B.090(a) bezeichnet eine Prüfung mit einer 3-m-Richtlatte, mit keiner Abweichung über 3 mm, als erreichbaren Standard für die fertige Deckschicht.

Eine TarmacView-Belagserhebung bewertet sichtbare Schäden nach ASTM D5340. Sie berechnet keinen IRI.