Was ist der Belagszustandsindex (PCI)?

Der Belagszustandsindex (PCI) ist eine Bewertung von 0 bis 100, die den Oberflächenzustand eines Belags zeigt. Der Wert 0 bedeutet einen versagten Belag, 100 einen neuen. Er ergibt sich aus Art, Schweregrad und Menge der Schäden, die ein Prüfer sieht.

Der PCI ist eine Zahl für den Zustand und hat daher keine physikalische Einheit. ASTM D5340 zählt den Fehler einer Schätzung in PCI-Punkten. Der Index ist ein Werkzeug für das Instandhaltungsmanagement. Er liefert eine objektive Grundlage für Instandhaltungsbedarf und Prioritäten. Wiederholte Erhebungen zeigen die Geschwindigkeit der Verschlechterung.

Welcher Standard gilt

ASTM D5340 gilt für Flugplatzbeläge. ASTM D6433 gilt für Straßen und Parkplätze. Das US Army Corps of Engineers entwickelte das Verfahren für Flugplatzbeläge mit Mitteln der US Air Force. Die FAA und das US Naval Facilities Engineering Command übernahmen es später. Das Corps entwickelte außerdem das Straßenverfahren, und das US-Verteidigungsministerium und APWA übernahmen es. Beide Standards sagen, dass der PCI keine direkte Messung der strukturellen Tragfähigkeit, der Griffigkeit sowie des Fahrkomforts oder der Rauheit ersetzt.

ASTM D5340-24 und ASTM D6433-24 sind die aktuellen Ausgaben. ASTM verkauft jeden Standard, deshalb muss eine Erhebung der Ausgabe folgen, die der Vertrag nennt. Das US-Verteidigungsministerium verwendet UFM 3-260-16 als Gegenstück zu ASTM D5340. Die FAA veröffentlicht kostenlose PAVER-Schadenshandbücher für Asphalt- und Betonflugplätze, und AC 150/5380-7B verweist darauf.

Die Bewertungsskala

Die FAA-Skala in AC 150/5380-7B teilt den Bereich in sieben Kategorien. Die FAA-Abbildung ist ein Beispiel. Sie zeigt außerdem eine eigene Skala mit drei Kategorien, mit Grenzen bei 70 und 55. Das DoD-Handbuch UFM 3-260-03 nennt dieselben sieben Bereiche und diese Definitionen:

Die Ausgabe von 1998 der ASTM D5340 verwendet dieselben Grenzen mit anderen Namen: Excellent, Very Good, Good, Fair, Poor, Very Poor und Failed. Ein Wert von 42,5 ist auf dieser Skala Fair und auf der FAA-Skala Schlecht. Geben Sie immer an, welche Skala ein Bericht verwendet.

Bei Straßen legt die Behörde die Kategorien in der Regel fest (NASEM 2024). AC 150/5320-6G sagt, PCI-Werte geben nur einen relativen Hinweis auf den Oberflächenzustand. Behandeln Sie die Grenzen für Instandhaltung, Instandsetzung und Neubau als relativ, nicht als exakt.

Wie eine Erhebung abläuft

Der Prüfer teilt den Belag in Zweige. Jede Piste, jede Rollbahn und jedes Vorfeld ist ein eigener Zweig. Ein Zweig hat Abschnitte mit einheitlicher Bauweise, Instandhaltung, Nutzung und Zustand. Ein Abschnitt hat Stichprobeneinheiten. Bei Asphalt beträgt eine Stichprobeneinheit 5.000 plus oder minus 2.000 Quadratfuß (450 plus oder minus 180 Quadratmeter). Bei Beton sind es 20 plus oder minus 8 Platten.

Der Standard lässt zu, alle Stichprobeneinheiten zu prüfen, so viele Einheiten, dass ein Konfidenzniveau von 95 Prozent erreicht wird, oder weniger. Alle zu prüfen ist für das Routinemanagement meist zu teuer. Das passt zur Projektanalyse, wo es hilft, die Instandhaltungsmengen zu schätzen. Die Mindestanzahl n der Stichprobeneinheiten für 95 Prozent Konfidenz ist:

n = N x s^2 / ((e^2 / 4) x (N - 1) + s^2)

N ist die Anzahl der Stichprobeneinheiten im Abschnitt. Der zulässige Fehler e beträgt üblicherweise 5 PCI-Punkte. Die Standardabweichung s zwischen den Stichprobeneinheiten wird bei der ersten Erhebung mit 10 für Asphalt und 15 für Beton angenommen. Spätere Erhebungen verwenden den Wert, den die vorherige Erhebung gemessen hat. Der Prüfer verteilt die Einheiten dann gleichmäßig über den Abschnitt, mit einem zufälligen Start. Für andere Arbeiten nennt der Standard ein Beispiel einer Behörde, die weniger Einheiten prüft. Sie prüft 1 Einheit, wenn ein Abschnitt 1 bis 5 Einheiten hat, und 2 Einheiten bei 6 bis 10. Sie prüft 3 Einheiten bei 11 bis 15, 4 Einheiten bei 16 bis 40 und 10 Prozent über 40.

Der Prüfer geht jede Stichprobeneinheit ab und erfasst Art, Schweregrad und Menge jedes Schadens. Die Hilfsmittel sind ein Datenblatt, ein Handmessrad und ein Maßstab von 12 in (300 mm). Bei Asphalt nutzt der Prüfer außerdem eine 10 ft (3 m) lange Richtlatte oder eine Schnur. Der Prüfer arbeitet auf einer Befestigung mit Verkehrs- und Fluglärm, deshalb verlangt der Standard die Abstimmung mit dem Betriebspersonal des Flughafens. Er verlangt außerdem, dass Gehörschutz bereitsteht.

Berechnung des PCI

Die Berechnung für eine Asphalt-Stichprobeneinheit hat diese Schritte:

1. Addieren Sie die Menge jeder Schadensart auf jeder Schweregradstufe.
2. Teilen Sie jede Menge durch die Fläche der Stichprobeneinheit und multiplizieren Sie mit 100. Das ist die prozentuale Dichte. Bei Beton ist die Dichte der Prozentsatz der Platten mit dem Schaden.
3. Lesen Sie den Abzugswert (DV) für jeden Schaden und Schweregrad aus den Abzugskurven des Standards ab.
4. Ist kein Abzugswert oder nur einer größer als 5, verwenden Sie die Summe der Abzugswerte als maximalen korrigierten Abzugswert (CDV). Andernfalls ermitteln Sie den maximalen CDV mit dem iterativen Verfahren, das folgt.
5. Ziehen Sie den maximalen CDV von 100 ab.

PCI = 100 - maximum CDV

Das iterative Verfahren begrenzt zuerst die Anzahl der Abzugswerte auf m. Der Standard gibt m an als m = 1 + (9 / 95) x (100 - HDV). HDV ist der höchste einzelne Abzugswert. Der Wert von m beträgt höchstens 10. Behalten Sie die m größten Abzugswerte. Multiplizieren Sie den letzten mit dem Bruchteil von m. Wiederholen Sie dann diese Schritte:

1. Summieren Sie die Abzugswerte und zählen Sie q, die Anzahl der Abzugswerte über 5.
2. Lesen Sie den CDV aus der Korrekturkurve für q und die Summe ab.
3. Verringern Sie den kleinsten Abzugswert über 5 auf 5 und wiederholen Sie, bis q gleich 1 ist.
4. Der maximale CDV ist der größte CDV aus allen Durchgängen.

Der Standard enthält ein Rechenbeispiel für eine Asphalt-Stichprobeneinheit. Die Abzugswerte sind 27,0, 21,0, 20,0, 9,0, 4,9, 4,8, 4,0 und 2,0. Der höchste ist 27,0, also m = 1 + (9 / 95) x (100 - 27) = 7,92. Die sieben größten Werte bleiben, und der achte wird zu 2,0 x 0,92 = 1,8. Die Durchgänge ergeben diese Ergebnisse:

Der maximale CDV ist 57,5, also ist der PCI der Stichprobeneinheit 100 - 57,5 = 42,5. Der CDV steigt von Durchgang zu Durchgang nicht gleichmäßig, deshalb nimmt der Standard den größten Wert.

Der PCI eines Abschnitts ist der Mittelwert der PCI seiner Stichprobeneinheiten. Das gilt, wenn der Prüfer jede Einheit erfasst oder alle zufällig auswählt. Stichprobeneinheiten mit einem ungewöhnlichen Schaden, etwa einem Leitungsschnitt, sind „zusätzliche“ Einheiten. Erfasst der Prüfer davon welche, ist der PCI des Abschnitts ein gewichteter Mittelwert.

Schadensarten

Der Prüfer erfasst nur die Schadensarten, die der Standard definiert. Die Ausgabe von 1998 der ASTM D5340 führt 16 Asphaltschäden auf:

• Krokodilhautrisse, Ausbluten, Blockrisse, Wellenbildung und Einsenkungen
• Jet-Blast-Erosion, Reflexionsrisse an Fugen sowie Längs- und Querrisse
• Ölverschüttungen, Flickstellen, polierte Gesteinskörnung sowie Ausbrechen und Verwitterung
• Spurrinnen, Schiebungen, Gleitrisse und Aufquellen

Für Fugenbeton führt sie 15 Schadensarten auf:

• Aufblähen (blowup), Eckbruch, Längs-, Quer- und Diagonalrisse sowie Dauerhaftigkeitsrisse
• Schäden an der Fugenabdichtung, kleine und große Flickstellen, Ausplatzungen (popouts) und Pumpen
• Abwitterung, Netzrisse und Crazing, Setzung oder Faulting, zertrümmerte Platte sowie Schwindrisse
• Fugenabplatzungen und Eckabplatzungen

Die PAVER-Schadenshandbücher von 2009 definieren 17 Asphaltschäden und 16 Betonschäden. Sie führen Verwitterung und Ausbrechen als zwei Schäden auf und ergänzen für Beton die Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Der aktuelle Standard kann wieder anders sein, deshalb verwenden Sie die Ausgabe, die der Erhebungsvertrag nennt.

Was der PCI nicht misst

Der PCI stützt sich auf die Schäden, die an der Oberfläche sichtbar sind. ASTM D5340 stellt fest, dass er die strukturelle Tragfähigkeit nicht messen kann und kein direktes Maß für Griffigkeit oder Rauheit liefert. Die FAA bewertet die Rauheit nach AC 150/5380-9 und die Griffigkeit nach AC 150/5320-12. Ein DoD-Handbuch ergänzt, dass ein Belag mit Gut bewertet werden kann und trotzdem darunterliegende Zustände hat, die bei wiederholtem Flugzeugbetrieb versagen.

Der PCI ist nicht die PCR. Die PCR ist die Pavement Classification Rating und gibt die Tragfähigkeit eines Belags an.

Der PCI ist nicht der PSI. Der Present Serviceability Index ist eine Bewertung des Fahrkomforts auf einer Skala von 0 bis 5 aus dem AASHO Road Test der späten 1950er-Jahre. Die FHWA merkt an, dass er aus der Mode kommt. Der PCI und der Internationale Rauheitsindex unterscheiden sich ebenfalls. Der IRI stammt aus einem gemessenen Profil, und der PCI aus Schäden, die ein Prüfer erfasst.

Der Standard legt Grenzen für die Genauigkeit der Schadensmessungen fest. Misst der Prüfer einen Schaden erneut, sollten lineare Messungen innerhalb von 10 Prozent und Flächenmessungen innerhalb von 20 Prozent übereinstimmen. Der Prüfer sollte die Schadensarten in 95 Prozent der Fälle richtig erkennen. Die Ausgabe von 1998 enthält keine Präzisionsangabe aus statistisch angelegten Versuchen.

Einsatz im Flugplatzmanagement

Ein Belagsmanagementprogramm nutzt den PCI, um den Zustand zu verfolgen, die Verschlechterung zu modellieren und die Instandhaltung zu planen. PAVER und FAA PAVEAIR sind Programme, die das leisten. Die Berichte der Software nach AC 150/5380-7B arbeiten mit Mindestwerten für einen akzeptablen Zustand, die der Anwender festlegt. Ein Bericht sagt das Jahr voraus, in dem ein Abschnitt den minimalen PCI erreicht, und schätzt die Kosten.

Die AC nennt keinen einzelnen PCI-Wert, der Instandhaltung auslöst, und überlässt die Werte dem Flughafen. Das DoD-Handbuch beschreibt einen kritischen PCI. Darunter ist örtliche Instandhaltung nicht mehr wirtschaftlich, und eine größere Instandsetzung beginnt. Jeder Dienst legt seine eigenen Werte fest. Das Handbuch senkt außerdem die zulässige Gesamtlast um 25 Prozent, wenn der PCI 40 oder niedriger ist.

Ein Flughafen mit Bundesbindung muss mindestens einmal jährlich eine detaillierte Prüfung durchführen. Eine PCI-Erhebung nach ASTM D5340 erlaubt einen Abstand von drei Jahren zwischen detaillierten PCI-Erhebungen. Die laufenden Wartungsprüfungen gehen zusätzlich weiter.

Drohnen

Eine Drohne kann die Bilder für eine Sichtprüfung aufnehmen. Ein PCI aus Drohnenbildern folgt ASTM D5340 nur, wenn die Erhebung das Verfahren des Standards einhält. TarmacView erfasst Flugplatzbeläge per Drohne, bewertet die Schäden nach ASTM D5340 und berechnet einen PCI für jede Stichprobeneinheit. Der Dienst wird als Early Access angeboten.