Czym jest Międzynarodowy Wskaźnik Równości (IRI)?

Międzynarodowy Wskaźnik Równości (IRI) to skala nierówności, którą model ćwierćsamochodu oblicza ze zmierzonego profilu drogi. IRI to skrót od International Roughness Index. Bank Światowy zdefiniował skalę na podstawie wcześniejszych badań amerykańskich (NCHRP). Doprowadziło do niej międzynarodowe doświadczenie nad nierównością dróg, przeprowadzone w Brasílii w 1982 roku.

IRI zaprojektowano tak, aby był miarodajny, przenośny i stabilny w czasie. Można go mierzyć wieloma rodzajami sprzętu, ponieważ potrzebuje tylko profilu. W USA FHWA uczyniła go standardem danych o nierówności w Highway Performance Monitoring System (HPMS). Obliczenia podają ASTM E1926 i AASHTO R 43.

Jak oblicza się IRI

Danymi wejściowymi jest profil podłużny, czyli wysokość nawierzchni wzdłuż jednego śladu koła. Analiza IRI symuluje model ćwierćsamochodu na tym profilu. Model składa się ze sprężyny opony, masy osi, sprężyny zawieszenia z tłumikiem i masy nadwozia. Nazywa się go Golden Car. Symulowana prędkość to 80 km/h (49,7 mph).

Golden Car ma cztery stałe parametry. Każdy z nich dzieli się przez masę resorowaną (masę nadwozia):

Symulacja daje prędkość, z jaką zawieszenie się ściska i rozciąga. IRI to średnia wartości bezwzględnej tej prędkości na długości profilu. Ta średnia to średnie wyprostowane nachylenie (average rectified slope):

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

L to długość profilu, a prędkości osi i nadwozia to prędkości pionowe mas nieresorowanej i resorowanej. Wynik jest nachyleniem, więc jednostkami są m/km, mm/m lub in/mi. Przelicznik to 1 m/km = 63,36 in/mi. Gładka nawierzchnia daje niski IRI.

Zasady HPMS dodają trzy szczegóły. Punkty profilu są oddalone od siebie o nie więcej niż 6 in. Fale dłuższe niż 300 ft są odfiltrowywane. IRI podaje się dla odcinków o długości 0,1 mili. FHWA podaje, że IRI najbardziej zależy od długości fal około 2,4 m i 15,4 m.

IRI, MRI i HRI

Ściśle mówiąc, IRI opisuje jeden ślad koła, często prawy. Niektóre agencje mierzą oba ślady i uśredniają dwie wartości IRI. Ta średnia to Mean Ride Index (MRI). Half-car Ride Index (HRI) wykonuje tę samą analizę na średniej z dwóch profili. HRI jest niższy od MRI. Dla dróg asfaltowych Sayers stwierdził, że HRI wynosi około 0,8 IRI. Przed porównaniem dwóch wartości sprawdź, którego wskaźnika używa raport.

Jak mierzy się IRI

IRI oblicza się z profilu, więc pomiar jest pomiarem profilu. FHWA wymienia te urządzenia:

• Szybkie profilografy inercyjne. Pojazd wozi akcelerometr, czujniki laserowe i urządzenie do pomiaru odległości. Są dokładne i powtarzalne. Zbierają dane z prędkością drogową bez zamykania pasa. Nie zbierają dokładnych danych przy małej prędkości, poniżej około 15 do 20 mph.
• Lekkie profilografy inercyjne. Używają tej samej technologii w małym pojeździe. Agencje stosują je przy nowej budowie, także przy betonie, który jeszcze nie może przenosić ruchu.
• Profilografy piesze i niwelacja (rod and level). Dają dokładne profile, ale są powolne. Agencje używają profilografów pieszych do kalibracji profilografów inercyjnych.
• Przyrządy typu odpowiedzi. Pojazd z roadmeterem mierzy odpowiedź. Odczyty nie są stabilne w czasie i zależą od pojazdu. Wymagają kalibracji do skali IRI.

Łata i profilograf nie dają IRI. Łata pokazuje tylko lokalne odchylenia. Profilograf daje Profile Index (PI), który jest inną statystyką. Jego jednostka „in/mi” ma niewiele wspólnego z IRI in/mi. Punktowy laser może odczytać teksturę betonu z bruzdami jako nierówność, więc FHWA zaleca laser liniowy na teksturowanym betonie.

AASHTO i ASTM publikują normy pomocnicze. AASHTO M 328 to specyfikacja profilografów, R 56 certyfikuje systemy profilowania, a R 57 obejmuje ich obsługę. ASTM E950 obejmuje pomiar profilu profilografem inercyjnym. Przy odbiorze budowy agencje zazwyczaj certyfikują sprzęt co roku oraz certyfikują operatora.

Oceny IRI dla autostrad

Federalne przepisy USA oceniają nawierzchnie autostrad według IRI. Przepis dotyczy National Highway System. Stany raportują IRI w calach na milę, dla odcinków o długości 0,1 mili, a IRI oblicza się według AASHTO R43-13.

Wskaźnik IRI to jedno z kryteriów. Dla sekcji asfaltowej ogólna ocena uwzględnia też oceny spękań i kolein. Dla sekcji z betonu z dylatacjami uwzględnia spękania i uskoki. Sekcja jest Dobra tylko wtedy, gdy wszystkie jej oceny są Dobre.

IRI w budowie dróg

Agencje używają IRI do odbioru nowej nawierzchni. FHWA podaje typowe dopuszczalne wartości dla nowych nawierzchni autostradowych: 52 do 66 in/mi dla asfaltu i 57 do 72 in/mi dla betonu. Wartość zależy od agencji i typu obiektu.

Badanie z 2014 roku wykazało wskaźniki gładkości oparte na IRI w 39 stanach dla nowego asfaltu i w 23 stanach dla nowego betonu. Wiele stanów płaci wykonawcy premię za niski IRI i nakłada karę za wysoki. Progi, przy których wymagana jest korekta przed odbiorem, zwykle wynoszą od 60 do 150 in/mi. FHWA zauważa, że korekty dotyczą zwykle tylko lokalnych nierówności. Większość stanów sprawdza też lokalne nierówności łatą. Typowy limit to odchylenie 3,2 do 6,4 mm pod łatą o długości 3 do 4,9 m.

IRI a inne miary

• PSI. Present Serviceability Index to skala 0 do 5 z testu drogowego AASHO z końca lat 50. XX wieku. Przewiduje panelową ocenę komfortu jazdy. Niektóre agencje nadal korelują dane o nierówności z PSI, ale FHWA zauważa, że PSI wychodzi z użycia. Sayers zauważył w 1989 roku, że nie istnieje standardowa skala nierówności PSI. Paterson wyprowadził przybliżoną zależność IRI-PSI z kilku źródeł.
• PCI. Pavement Condition Index ocenia widoczne uszkodzenia w skali od 0 do 100. ASTM D5340 stwierdza, że PCI nie daje bezpośredniej miary nierówności. Aby uzyskać IRI, potrzebny jest pomiar profilu.
• Boeing Bump Index. Metoda lotniskowa, którą opisuje następna sekcja.

IRI na lotniskach

IRI jest miarą autostradową. FAA AC 150/5380-9 stwierdza, że przemysł drogowy określa nierówność przez komfort jazdy pasażera. Dla samolotu AC określa nierówność przez zmęczenie części samolotu. Uwzględnia też wpływ na bezpieczną eksploatację, na przykład drgania w kabinie i przeciążenia. AC dodaje, że dyskomfort pasażerów trwa tylko kilka sekund. Nie jest on podstawą nierówności na lotniskach.

AC dzieli nierówność lotniskową na dwa rodzaje. Pojedynczy garb (single event bump) to odizolowana zmiana wysokości na odcinku 100 m lub krótszym. Nierówność profilu to seria odchyleń, które powodują reakcję samolotu zwiększającą zmęczenie, skracającą hamowanie lub utrudniającą działanie kabiny.

AC nie ustala limitów IRI. Stosuje metodę Boeing Bump. Wirtualna łata łączy dwa punkty profilu drogi startowej oddalone od siebie o nie więcej niż 120 m. Metoda porównuje wysokość garbu z jego długością w trzech strefach:

Oprogramowanie FAA ProFAA oblicza Boeing Bump Index (BBI). BBI poniżej 1,0 mieści się w strefie dopuszczalnej. Standardowy odstęp pomiarowy FAA wynosi 0,25 m. Stosowanie AC jest obowiązkowe dla projektów finansowanych z AIP lub PFC.

AC 150/5380-9 ostrzega też przed profilografami inercyjnymi, które stosują filtr górnoprzepustowy. Filtr może zmienić BBI, ponieważ BBI uwzględnia dłuższe zaburzenia niż IRI. AC nie zaleca takich profilografów do prac BBI. AC 150/5320-6G mówi, że profile należy oceniać programami ProVAL lub ProFAA.

Wytyczne UE również nie używają IRI. GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) podaje dopuszczalne, tolerowane i nadmierne wysokości nierówności nawierzchni drogi startowej dla danej długości. Powyżej limitu dopuszczalnego wytyczne przewidują działania konserwacyjne. Między limitem tolerowanym a nadmiernym korekta jest obowiązkowa. Powyżej limitu nadmiernego obszar drogi startowej wymaga zamknięcia.

GM1 ADR-DSN.B.090(a) uznaje sprawdzenie 3-metrową łatą (straight-edge), z odchyleniem nie większym niż 3 mm, za osiągalny standard dla gotowej warstwy ścieralnej.

Pomiar nawierzchni TarmacView ocenia widoczne uszkodzenia według ASTM D5340. Nie oblicza IRI.