Čo je index medzinárodnej nerovnosti (IRI)?

Index medzinárodnej nerovnosti (IRI) je stupnica nerovnosti, ktorú model štvrťvozidla vypočíta z nameraného profilu cesty. IRI je skrátený názov pre International Roughness Index. Svetová banka definovala stupnicu na základe skoršieho výskumu v USA (NCHRP). K nej viedol Medzinárodný experiment o nerovnosti ciest, ktorý sa konal v Brazílii v roku 1982.

IRI sa navrhlo tak, aby bolo relevantné, prenosné a stabilné v čase. Dá sa merať širokou škálou zariadení, lebo potrebuje len profil. V USA ho FHWA určila za normu pre údaje o nerovnosti v Highway Performance Monitoring System (HPMS). Výpočet podávajú ASTM E1926 a AASHTO R 43.

Ako sa IRI počíta

Vstupom je pozdĺžny profil, teda výška vozovky pozdĺž jednej koľaje kolies. Analýza IRI simuluje na tomto profile model štvrťvozidla. Model tvorí pružina pneumatiky, hmotnosť nápravy, pružina a tlmič odpruženia a hmotnosť karosérie. Volá sa Golden Car. Simulovaná rýchlosť je 80 km/h (49,7 mph).

Golden Car má štyri pevne stanovené parametre. Každý z nich vydeľte hmotnosťou odpruženej časti (hmotnosťou karosérie):

Simulácia dáva rýchlosť, ktorou sa odpruženie stláča a rozpína. IRI je priemer absolútnej hodnoty tejto rýchlosti po dĺžke profilu. Tento priemer sa nazýva priemerný usmernený sklon:

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

L je dĺžka profilu a rýchlosti nápravy a karosérie sú zvislé rýchlosti neodpruženej a odpruženej hmotnosti. Výsledkom je sklon, takže jednotky sú m/km, mm/m alebo in/mi. Prepočet je 1 m/km = 63,36 in/mi. Hladká vozovka dáva nízke IRI.

Pravidlá HPMS pridávajú tri podrobnosti. Body profilu sú od seba najviac 6 in. Vlnové dĺžky dlhšie ako 300 ft sa odfiltrujú. IRI sa hlási pre úseky 0,1 míle. FHWA uvádza, že IRI je najviac ovplyvnené vlnovými dĺžkami približne 2,4 m a 15,4 m.

IRI, MRI a HRI

Presne vzaté IRI opisuje jednu koľaj kolies, často pravú. Niektoré agentúry merajú obe koľaje a spriemerujú dve hodnoty IRI. Tento priemer je Mean Ride Index (MRI). Half-car Ride Index (HRI) robí tú istú analýzu na priemere oboch profilov. HRI je nižšie ako MRI. Pri asfaltových cestách Sayers zistil, že HRI je asi 0,8 IRI. Pred porovnaním dvoch hodnôt skontrolujte, ktorý index správa používa.

Ako sa IRI meria

IRI sa počíta z profilu, takže meranie je meraním profilu. FHWA uvádza tieto zariadenia:

• Rýchle inerciálne profilometre. Vozidlo nesie akcelerometer, laserové snímače a zariadenie na meranie vzdialenosti. Sú presné a opakovateľné. Zbierajú údaje pri rýchlosti na diaľnici bez uzávierky pruhu. Pri nízkej rýchlosti, pod približne 15 až 20 mph, nedokážu zbierať presné údaje.
• Ľahké inerciálne profilometre. Používajú rovnakú technológiu v malom vozidle. Agentúry ich používajú pri novej výstavbe vrátane betónu, ktorý ešte nedokáže niesť dopravu.
• Chodecké profilometre a nivelačná lata. Dávajú presné profily, ale sú pomalé. Agentúry používajú chodecké profilometre na kalibráciu inerciálnych profilometrov.
• Prístroje typu odozvy. Vozidlo s roadmeterom meria odozvu. Tieto údaje nie sú v čase stabilné a závisia od vozidla. Potrebujú kalibráciu na stupnicu IRI.

Priama lata a profilograf nedávajú IRI. Priama lata ukazuje len lokálne odchýlky. Profilograf dáva Profile Index (PI), čo je iná štatistika. Jeho „in/mi“ má s IRI in/mi len málo spoločného. Bodový laser môže textúru na rebrovanom betóne čítať ako nerovnosť, preto FHWA odporúča čiarový laser na texturovanom betóne.

AASHTO a ASTM vydávajú podporné normy. AASHTO M 328 je špecifikácia profilometra, R 56 certifikuje profilové systémy a R 57 upravuje ich prevádzku. ASTM E950 upravuje meranie profilu inerciálnym profilometrom. Pri preberaní výstavby agentúry zvyčajne každý rok certifikujú zariadenie a certifikujú obsluhu.

Hodnotenie IRI pre diaľnice

Federálne pravidlá USA hodnotia vozovky diaľnic podľa IRI. Pravidlo sa vzťahuje na národnú sieť ciest (National Highway System). Štáty hlásia IRI v palcoch na míľu pre úseky 0,1 míle a IRI sa počíta podľa AASHTO R43-13.

Hodnotenie IRI je jeden vstup. Pri asfaltovom úseku celkové hodnotenie používa aj hodnotenie trhlín a koľají. Pri škárovanom betónovom úseku používa trhliny a výškový rozdiel. Úsek je dobrý, len ak sú všetky jeho hodnotenia dobré.

IRI pri výstavbe ciest

Agentúry používajú IRI na preberanie novej vozovky. FHWA uvádza typické prijateľné hodnoty pre nové diaľničné vozovky: 52 až 66 in/mi pre asfalt a 57 až 72 in/mi pre betón. Hodnota závisí od agentúry a typu zariadenia.

Prieskum z roku 2014 zistil metriky hladkosti založené na IRI v 39 štátoch pre nový asfalt a v 23 štátoch pre nový betón. Mnohé štáty vyplácajú zhotoviteľovi prémiu za nízke IRI a uplatňujú sankciu za vysoké. Limity, ktoré vyžadujú opravu pred prevzatím, zvyčajne siahajú od 60 do 150 in/mi. FHWA uvádza, že opravy sa zvyčajne týkajú len lokálnej nerovnosti. Väčšina štátov tiež kontroluje lokálnu nerovnosť priamou latou. Typický limit je odchýlka 3,2 až 6,4 mm na priamej lati dlhej 3 až 4,9 m.

IRI a ďalšie miery

• PSI. Present Serviceability Index je stupnica 0 až 5 z testu AASHO road z konca 50. rokov. Predstavuje panelové hodnotenie kvality jazdy. Niektoré agentúry ešte dávajú údaje o nerovnosti do vzťahu s PSI, ale FHWA uvádza, že PSI sa prestáva používať. Sayers uviedol v roku 1989, že štandardná stupnica nerovnosti pre PSI neexistuje. Paterson odvodil približný prepočet z IRI na PSI z viacerých zdrojov.
• PCI. Pavement Condition Index hodnotí viditeľné poruchy od 0 do 100. ASTM D5340 uvádza, že PCI nie je priama miera nerovnosti. Na získanie IRI treba meranie profilu.
• Boeing Bump Index. Letisková metóda, ktorú opisuje ďalšia časť.

IRI na letiskách

IRI je mierka pre cesty. FAA AC 150/5380-9 uvádza, že cestárske odvetvie definuje nerovnosť kvalitou jazdy cestujúceho. Pre lietadlo AC definuje nerovnosť únavou častí lietadla. Zohľadňuje aj vplyvy na bezpečnú prevádzku, napríklad vibrácie v kabíne a vysoké g-preťaženia. AC dopĺňa, že nepohodlie cestujúcich trvá len niekoľko sekúnd. Nie je to základ nerovnosti letiska.

AC člení nerovnosť letiska na dva druhy. Jednorazový výčnelok je izolovaná zmena výšky na dĺžke 100 m alebo menej. Nerovnosť profilu je séria odchýlok, ktoré spôsobujú, že lietadlo reaguje tak, že pribúda únava, klesá účinnosť brzdenia alebo sa zhoršuje prevádzka v kabíne.

AC nestanovuje limity IRI. Používa metódu Boeing Bump. Virtuálna lata spája dva body profilu dráhy vzdialené najviac 120 m. Metóda porovnáva výšku výčnelku s jeho dĺžkou voči trom zónam:

Softvér FAA ProFAA počíta Boeing Bump Index (BBI). BBI pod 1,0 je v prijateľnej zóne. Štandardný interval merania FAA je 0,25 m. Použitie AC je povinné pre projekty, ktoré financujú prostriedky AIP alebo PFC.

AC 150/5380-9 tiež upozorňuje na inerciálne profilometre, ktoré používajú vysokopriepustný filter. Filter môže zmeniť BBI, pretože BBI používa dlhšie poruchy ako IRI. AC takéto profilometre pre prácu s BBI neodporúča. AC 150/5320-6G uvádza, že profily treba vyhodnocovať programami ProVAL alebo ProFAA.

Ani usmernenie EÚ IRI nepoužíva. GM1 ADR.OPS.C.010(b)(2) uvádza prijateľné, tolerovateľné a nadmerné výšky nerovnosti povrchu dráhy danej dĺžky. Nad prijateľnou hranicou usmernenie plánuje údržbový zásah. Medzi tolerovateľnou a nadmernou hranicou je oprava povinná. Nad nadmernou hranicou si oblasť dráhy vyžaduje uzávierku.

GM1 ADR-DSN.B.090(a) označuje kontrolu trojmetrovou latou, s odchýlkou najviac 3 mm, za dosiahnuteľný štandard pre hotovú obrusnú vrstvu.

Prieskum vozovky TarmacView hodnotí viditeľné poruchy podľa ASTM D5340. IRI nepočíta.