Luotettavuusmalli ei ole luotettava

Nykyinen eurokoodin luotettavuusmalli on väärä, minkä takia rakenteet ovat joskus 20 prosenttia alivarmoja, joskus taas 60 prosenttia ylivarmoja luotettavuusvaatimukseen nähden.

Rakenteiden luotettavuus on sinänsä monimutkainen, mutta asian ydin on pelkistetty seuraavassa esimerkissä. Kuormat yhdistetään nyt pääasiassa Borges-Castanhetan ja Turkstran malleilla. Molemmat mallit ovat vääriä, sillä kuormat on yhdistettävä yhdellä ja vain yhdellä tavalla eli riippuvasti.

Nykyinen kuormien yhdistelyn perushypoteesi on Borges-Castanhetan malli, jonka mukaan kuormat ovat riippumattomia ja ne ovat yhdistettäessä satunnaisarvoissaan. Varmuusluvut G, Q, M lasketaan perushypoteesin mukaisesti. Kuitenkin kaikki pysyvät kuormat yhdistetään riippuvasti, jolloin kuormat ovat tavoiteluotettavuuden mukaisissa suurimmissa arvoissaan. Myös yhdistelykertoimet 0 lasketaan perushypoteesin vastaisesti eli Turkstran mallilla, jossa yksi kuorma on tavoiteluotettavuuden mukaisessa suurimmassa arvossaan ja muut satunnaisarvoissaan. Turkstran malli on riippuvan ja riippumattoman yhdistämisen välimuoto. Eurokoodissa on siis kolme keskenään ristiriitaista kuormien yhdistämistapaa.

Turkstran malli on perusoletuksiltaan väärä ja lisäksi puutteellinen, sillä mallissa ei ole kuormien samanaikaisuuden ja keston käsitteitä, jotka ovat välttämättömiä muuttuvien kuormien yhdistämisessä. Oikea yhdistämistapa on, että jakaumat saatetaan ensin samanaikaisiksi muuttamalla lyhytkestoisemman kuorman jakauma pitkäkestoisemman ajalle ja tämän jälkeen yhdistely tehdään riippuvasti. Yhdistelykertoimet ovat nyt 0,6-1, kun niiden tulee olla jotakuinkin aina 1 tai lähes 1. Ainoastaan lyhytkestoisten kuormien yhdistelykertoimet ovat pienempiä kuin 1. Esimerkiksi hyötykuorma ja tuulikuorma yhdistetään niin, että hyötykuorma kerrotaan 1:llä ja tuulikuorma noin 0,7:llä. Jos kuormitusyhdistelyssä on lisäksi lumikuorma, molemmat kerrotaan lisäksi noin 0,9:llä. Lumikuorman yhdistelykerroin on Euroopassa aina 1, sillä se on kestoltaan pisin muuttuva kuorma.

Nykyiset normit ovat osavarmuuslukunormeja, mikä johtuu siitä, että kokonaisluotettavuutta ei osattu aikaisemmin laskea muutoin kuin asettamalla varmuusluku jokaiseen jakaumaan. Nyt kokonaisvarmuus osataan laskea muun muassa niin, että varmuus asetetaan vain materiaaliin, jolloin kuormavarmuuslukuja ei tarvita eli G = Q = 1. Tällöin laskenta on helpompaa ja normi yksinkertaisempi.

Nykyisissä betoni- ja puunormeissa luotettavuus vastaa jotakuinkin vaatimusta, mutta ylivarmuus on joskus huomattava. Esimerkiksi sahatavaravälipohjapalkin lujuusvaatimus on noin 60 prosenttia tarpeettoman suuri. Suomen teräsnormi on aina vähintään 10 prosenttia, mutta jopa noin 20 prosenttia alivarma tavoiteluotettavuuteen verrattuna. Tämä normivirhe on osasyy teräsrakenteiden viimeaikaisiin sortumisiin.

Luotettavuusvirheet on korjattava ja samalla muuttuvan kuorman mitoituspistearvo ja materiaalivarmuusluku on asetettava muuttuvaksi, jolloin alivarmuus häviää ja ylivarmuus on enintään 10 prosenttia. Tarkkuus paranee, laskenta vähenee ja normi yksinkertaistuu. Nykyiseen eurokoodiin liittyvä ohjelmistojen, oppimateriaalin jne. kehitys ja massiivinen koulutus on vastuutonta resurssien tuhlaamista.