Bullonatura

La bullonatura è un procedimento tecnologico per realizzare giunzioni tra componenti di una struttura, tramite l'applicazione di bulloni. A differenza della chiodatura, i giunti bullonati sono smontabili. Le giunzioni bullonate possono essere di tre tipologie: bullonature a trazione, bullonature ad attrito e taglio e bullonature a sforzi misti.

Bullonatura

Bullonature a trazione

Le bullonature a trazione si realizzano quando si vuole procedere ad unire elementi strutturali flangiati prevedono che lo sforzo sia diretto in direzione parallela a quella del gambo del bullone, esse possono essere non precaricate o precaricate.

Nel caso di una giunzione precaricata e in assenza di carichi esterni la giunzione è sottoposta alla sola forza di serraggio, normalmente indicata con F_P; quando si applica uno sforzo normale, F_N, alla giunzione si determina un aumento della trazione del gambo della vite di una quantità X e, di conseguenza, una diminuzione della compressione delle lamiere Y da cui, all'equilibrio, si ricava

$$F_{N}=X+Y$$

Per effetto della differente rigidezza tra lamiera e vite si determina che solo il 10% dello sforzo applicato si applica al gambo, da cui, si può ricavare che non si ha distacco delle lamiere fino a quando non si ottiene che:

$$F_{N}=1,1*F_{P}$$

Tale valore, definito stato limite di servizio. rappresenta il massimo sforzo applicabile senza avere il collasso della giunzione, oltre questo punto, quindi, le lamiere non sarebbero più a contatto e l'unica forza agente sul gambo del bullone sarebbe F_N.

In caso di assenza di precarico il bullone è soggetto alla sola forza F_N.

Nella fase di progettazione di una giunzione a trazione va determinato lo stato limite ultimo, che si determina come:

$$F_{t,Ed}=\min(F_{t,Rd}B_{b,Rd})$$

dove compaiono la resistenza a trazione del bullone e la resistenza a punzonamento della lamiera che si determinano come segue:

• Resistenza a trazione
  $$F_{t,Rd}={\frac {0.9\cdot f_{tb}\cdot A_{res}}{\gamma _{M2}}}$$
  dove f_tb indica la tensione di rottura del materiale del bullone, A_res indica la sezione resistente del bullone pari al 75% dell'area nominale e Ύ_M2 è un coefficiente di sicurezza normalmente pari a 1,25.

• Resistenza a punzonamento
  $$B_{p,Rd}={\frac {0.6\cdot \pi \cdot d_{m}\cdot t_{p}\cdot f_{tk}}{\gamma _{M2}}}$$
  dove d_m è il minore tra i diametri delle teste di vite e dado, t_p è lo spessore della lamiera e f_tk è la tensione di rottura del materiale delle lamiere, come nel caso precedente Ύ_M2 è un coefficiente di sicurezza normalmente pari a 1,25.

Bullonature a attrito e taglio

Esempio di bullonatura a taglio con due e tre lamiere

In questo tipo di bullonature prevede che lo sforzo sia in direzione ortogonale rispetto all'asse del bullone, anche queste possono essere non precaricate (a contatto) o precaricate (ad attrito).

Il comportamento di questo genere di unioni si evolve in quattro fasi differenti che si susseguono in questo modo:

1. il precarico è sufficiente a mantenere le lamiere a contatto per effetto dell'attrito tra le superfici
2. le lamiere scivolano reciprocamente fino a giungere a contatto con il gambo del bullone
3. si ha una deformazione elastica dei materiali
4. le deformazioni oltrepassano il campo elastico e si ha il collasso della giunzione.

La definizione degli stati limite di una simile unione si basa sull'analisi delle fasi 2 e 4 che si indicano in particolare come stato limite di slittamento (che definisce un'unione ad attrito) e stato limite di resistenza (che definisce un'unione a taglio).

Unioni ad attrito

Questa tipologia di unione limita la deformabilità della giunzione sfruttando il precarico del bullone, normalmente alto-resistenziale, per impedire lo scorrimento fra gli elementi bullonati; l'unione è in equilibrio fino a quando lo sforzo applicato non è superiore alla forza che ciascun bullone può generare e che è determinabile come segue:

$$F_{Rdb,a}={\frac {n\cdot \mu \cdot F_{pd}}{\gamma _{M3}}}$$

dove n rappresenta il numero di superfici a contatto, μ il coefficiente di attrito, F_pd il precarico e Ύ_M3 è un coefficiente di sicurezza variabile tra 1,1 e 1,25.

Unioni a taglio

Quando lo sforzo è tale da portare le lamiere in contatto col il gambo della parte filettata e le deformazioni superano i limiti del campo elastico l'unione viene definita a taglio e può andare incontro a collasso per rottura del bullone o della lamiera.

La determinazione dello stato limite ultimo è determinata, quindi come segue:

$$F_{c,Rd}=\min(F_{v,Rd}B_{b,Rd})$$

dove compaiono la resistenza a trazione del bullone e la resistenza a punzonamento della lamiera che si determinano come segue:

• Resistenza a trazione
  $$F_{t,Rd}={\frac {\omega \cdot f_{tb}\cdot A_{i}}{\gamma _{M2}}}$$
  dove ω vale 0,5 in caso di organi di classe 6.8 e 10.9 o 0,6 negli altri casi, f_tb indica la tensione di rottura del materiale del bullone, A_i indica la sezione resistente del bullone pari all'area nominale nel caso di contatto con la parte non filettata del gambo o al 75% della stessa nel caso di contatto con la parte filettata e Ύ_M2 è un coefficiente di sicurezza normalmente pari a 1,25.

• Resistenza al rifollamento
  $$F_{p,Rd}={\frac {\kappa \cdot \alpha \cdot d\cdot t_{p}\cdot f_{tk}}{\gamma _{M2}}}$$
  dove κ e α sono coefficienti che includono gli effetti degli sforzi nella lamiera e degli interassi dei fori, d è il diametro del gambo del bullone, t_p è lo spessore della lamiera e f_tk è la tensione di rottura del materiale delle lamiere, come nel caso precedente Ύ_M2 è un coefficiente di sicurezza normalmente pari a 1,25.

Bullonature a sforzi misti

Questo tipo di unione è da considerarsi un ibrido tra le precedenti poiché gli sforzi sono applicati sia direzione parallela che ortogonale rispetto all'asse del bullone.

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