miniatura|280x280px|Evoluția rugozității (IRI) pentru un drum din Texas, SUA. Punctele albastre indică momentele în care s-au efectuat lucrări de întreținere. Indicele Internațional de Rugozitate (în engleză International Roughness Index, prescurtat IRI) este indicatorul de planeitate obținut cel mai frecvent în urma măsurării profilului longitudinal al drumurilor. Acesta se calculează cu ajutorul unui model matematic de tip „sfert de vehicul” (quarter-car), a cărui mișcare dinamică este acumulată pentru a genera un indice de rugozitate exprimat sub formă de pantă (in/mi, m/km etc.).
Deși este un termen universal, IRI se calculează individual pentru fiecare făgaș (amprentă a roții), dar poate fi extins la un Indice Mediu de Rugozitate (MRI — Mean Roughness Index) atunci când sunt colectate profilele ambelor făgașe (stânga și dreapta). Acest indicator de performanță prezintă o stocasticitate (aleatoriu) și o subiectivitate mai reduse în comparație cu alți indicatori de degradare structurală, precum Indicele de Stare a Pavajului (PCI), deși nu este complet lipsit de variabilitate.
Sursele de variabilitate din datele IRI includ diferențele dintre citirile obținute la treceri succesive ale aceluiași vehicul de test, precum și diferențele inerente dintre profilul făgașului drept și cel al făgașului stâng. În ciuda acestor aspecte, de la introducerea sa în anul 1986,Sayers, M.W., Gillespie, T. D., and Paterson, W.D. Guidelines for the Conduct and Calibration of Road Roughness Measurements, World Bank Technical Paper No. 46, The World Bank, Washington DC, 1986. IRI a devenit cel mai utilizat indice de neplaneitate/rugozitate la nivel mondial pentru evaluarea și gestionarea rețelelor rutiere.
Măsurarea IRI este obligatorie pentru raportarea datelor către (FHWA), procedurile fiind reglementate prin diverse standarde ale , cum ar fi ASTM E1926 - 08, ASTM E1364 - 95(2005) și altele. De asemenea, IRI este utilizat pe scară largă pentru recepția noilor lucrări de infrastructură rutieră, servind la calcularea unor penalizări sau bonusuri financiare acordate constructorilor în funcție de calitatea planeității oferite.
Istoric La începutul anilor 1980, comunitatea inginerilor de drumuri a identificat neplaneitatea carosabilului ca fiind principalul indicator al calității unui drum din perspectiva utilizatorilor. Totuși, metodele de atunci destinate cuantificării neplaneității nu erau reproductibile: agenții diferite care foloseau echipamente sau proceduri distincte obțineau rezultate complet diferite. Chiar și în cadrul aceleiași instituții, măsurătorile sufereau de lipsă de repetabilitate și tindeau să fie instabile în timp.
În acest context, (NCHRP) din SUA a inițiat un proiect de cercetare pentru a sprijini departamentele de transport în etalonarea și optimizarea aparatelor de măsurare. Activitatea a fost preluată și extinsă de către Banca Mondială cu scopul de a stabili o metodă unică de corelare sau conversie a datelor colectate din țări diferite (în principal țări în curs de dezvoltare) implicate în proiecte finanțate de bancă. Experimentele Băncii Mondiale au demonstrat că majoritatea echipamentelor existente puteau furniza date coerente pe o scară unică, dacă procedurile de testare erau standardizate.
Această scară de neplaneitate definită și testată a primit numele de Indice Internațional de Rugozitate (IRI). Pe lângă utilizarea sa curentă în managementul rețelelor, IRI servește adesea la auditarea lucrărilor noi pentru acordarea de bonusuri sau penalități antreprenorilor sau pentru identificarea zonelor punctuale ce necesită corecții (de exemplu, prin șlefuire sau frezare și refacere). IRI este, de asemenea, o variabilă esențială în calcularea costurilor de operare ale vehiculelor (VOC), element critic în determinarea viabilității economice a proiectelor de reabilitare rutieră prin intermediul modelelor matematice de tip HDM-4.
Definiție miniatura|dreapta|Modelul dinamic „Golden Car” folosit pentru calcularea IRI ca sistem oscilant cu arc IRI a fost definit ca o proprietate matematică a unui profil rutier bidimensional (o secțiune longitudinală prin drum care înregistrează variația cotei/înălțimii în raport cu distanța parcursă pe o anumită trasă). Prin urmare, el poate fi extras din profile măsurate prin orice metodă validă, de la ridicări topografice statice cu miră și nivelă, până la sisteme profilometrice inerțiale de mare viteză.
Modelul matematic de tip sfert de vehicul reproduce comportamentul dinamic al aparatelor utilizate de departamentele de drumuri în anii '70 și '80. IRI este echivalent din punct de vedere statistic cu acele metode; corelația dintre IRI și un vehicul de test echipat cu senzori (denumit RTRRMS — Response-Type Road Roughness Measuring System) s-a dovedit la fel de stabilă ca cea dintre două sisteme RTRRMS diferite. Fiind o valoare statistică bazată direct pe profilul geometric brut, IRI are avantajul major de a fi repetabil, reproductibil și stabil în timp.
Calculul se bazează pe conceptul unui vehicul teoretic idealizat numit „golden car” (mașina de aur), ale cărui proprietăți de masă, rigiditate și amortizare ale suspensiei sunt fixate prin definiție. IRI se obține prin simularea numerică a răspunsului acestui vehicul etalon la trecerea peste profilul real al drumului, la o viteză standard de simulare de 80 km/h (49,7 mi/h). Proprietățile suspensiei „golden car” au fost alese în studiile inițiale pentru a asigura o corelație maximă cu răspunsul dinamic (vibrațiile) al unei game largi de autoturisme reale. Amortizarea din modelul teoretic este mai mare decât cea a majorității vehiculelor comerciale, tocmai pentru a împiedica modelul matematic să intre în rezonanță cu anumite lungimi de undă specifice, ceea ce ar fi creat o sensibilitate artificială, neîntâlnită în traficul real.
Exprimarea IRI sub formă de pantă a fost aleasă pentru compatibilitate cu bazele de date istorice. Valoarea reprezintă media absolută (redresată) a vitezei relative a suspensiei, împărțită la viteza vehiculului pentru a converti rata temporală (m/s) într-o pantă geometrică (m/km). Spectrul de frecvență al mișcării suspensiei din model este similar cu cel al accelerației verticale a șasiului și al încărcării dinamice exercitate de roată asupra drumului. Din acest motiv, IRI corelează excelent cu nivelul global de vibrații perceput de pasageri (confortul rulării) și cu solicitările dinamice transmise în corpul pavajului.
Frecvența de răspuns a suspensiei la viteza de simulare de 80 km/h definește valoarea finală a indicelui. Sensibilitatea IRI este maximă pentru neregularități cu lungimi de undă cuprinse între 0,25 și aproape 61 de metri (0,82 până la 200 de picioare). Totuși, lungimile de undă egale cu 2,4 m și respectiv 15,2 m primesc o pondere matematică mai mare în calcul. Modelul sfert de vehicul prezintă corelații ridicate și cu comportamentul dinamic al vehiculelor comerciale grele și al camioanelor ușoare.
Unitățile de măsură standard pentru raportarea IRI sunt metri pe kilometru (m/km), milimetri pe kilometru (mm/km) sau inci pe milă (in/mi). Agențiile de drumuri utilizează praguri valorice stricte pentru a clasifica starea tehnică a drumurilor. De exemplu, în Statele Unite, (FHWA) consideră că un drum se află într-o stare: Bună (Good): dacă IRI este mai mic de 1,50 m/km (95 in/mi); Acceptabilă (Acceptable): dacă IRI are valori între 1,51 și 2,68 m/km (96 - 170 in/mi); Slabă / Degradată (Poor): dacă valoarea IRI depășește 2,68 m/km (170 in/mi).
Metode de măsurare Indicele IRI este derivat strict din profilul geometric al drumului, care poate fi achiziționat prin tehnologii diverse. Cele mai utilizate metode folosesc instrumente din Clasa 1 (capabile să măsoare direct și precis profilul geometric) și instrumente din Clasa 3 (care folosesc ecuații de corelație bazate pe răspunsul dinamic). În terminologia Băncii Mondiale, acestea corespund dispozitivelor de Nivel de Calitate a Informației (IQL — Information Quality Level) 1 și respectiv IQL-3.
O neînțelegere frecventă este aceea că vehiculul dotat cu senzori ar trebui să ruleze fizic pe teren cu viteza fixă de 80 km/h. În realitate, sistemele IQL-1 înregistrează profilul geometric brut independent de viteza de deplasare a autospecialei, iar sistemele IQL-3 aplică ecuații de corelație adaptate vitezei reale de rulare din timpul testului pentru a aproxima valoarea IRI standard. Dacă profilul brut înregistrat este corect, valoarea IRI rezultată va fi identică.
Sistemele IQL-1 pot genera rapoarte de neplaneitate la intervale variabile: pentru managementul la nivel de proiect (lucrări specifice), IRI este raportat de regulă la intervale de 10–20 de metri, în timp ce pentru analiză la nivel de rețea (sisteme IQL-3) se folosesc intervale de peste 100 de metri.
Măsurătorile timpurii foloseau tehnica clasică de nivelment topografic (miră și nivelă). Ulterior, Laboratorul de Cercetare în Transporturi (TRL) din Marea Britanie a dezvoltat o grindă rigidă echipată cu un traductor de deplasare verticală. Începând cu finele anilor 1990, utilizarea profilmetrului digital de tip ,Face® Dipstick® website home page cu o precizie declarată de 0,01 mm, a devenit extrem de populară.Comparison of Roughness Calibration Equipment - with a View to Increased Confidence in Network Level Data; G. Morrow, A. Francis, S.B. Costello, R.C.M. Dunn, 2006 Echipamentul ROMDAS Z-250 funcționează pe un principiu similar.
Introducerea profilometrelor pietonale cu împingere (cum sunt ARRB Walking Profiler, ICC SurPRO și SSI CS8800) a reprezentat o inovație majoră, permițând culegerea de profile de înaltă precizie la viteza de mers pe jos. Aceste dispozitive sunt utilizate în mod curent ca sisteme de referință pentru calibrarea profilometrelor inerțiale de mare viteză în cadrul testelor comparative organizate de FHWA, având un pas de eșantionare sub 2,75 inci (~7 cm), conform normativului AASHTO PP49.
Determinarea dinamică a profilului se realizează cu ajutorul laboratoarelor mobile (vehicule echipate cu senzori). Sistemul folosește un senzor de distanță (inițial cu ultrasunete, în prezent cu tehnologie laser) care măsoară distanța de la șasiul vehiculului la suprafața asfaltului. În paralel, un accelerometru montat pe vehicul este integrat dublu pentru a calcula variația pe verticală a senzorului în raport cu un plan de referință inert. Diferența dintre cele două citiri generează profilul geometric real al drumului. Acest profil este procesat instantaneu prin algoritmul „sfert de vehicul” pentru obținerea indicelui IRI.
De regulă, IRI se măsoară independent pe cele două făgașe ale benzii. Pentru a obține un profil unic de neplaneitate pentru întreaga bandă, datele celor două urme trebuie combinate.Sayers, M.W., Profiles of Roughness. Transportation Research Record 1260, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C. 1990 Acest lucru se poate face în două moduri: modelul de tip „jumătate de vehicul” (HRI — Half-Car Roughness Index) simulează un vehicul teoretic complet care rulează pe ambele făgașe simultan, în timp ce modelul de tip „sfert de vehicul” analizează independent fiecare trasă, realizând ulterior media aritmetică a celor două valori IRI. Metoda sfertului de vehicul este considerată mai fidelă în reproducerea mișcărilor resimțite de utilizatori și este cea mai utilizată.