Appunti Unioni bullonate

Unioni bullonate

Essendo gli elementi metallici prefabbricati e portati sui luoghi di costruzione come elementi discreti, un’enorme importanza hanno le modalità di collegamento sia degli elementi metallici tra di loro, che di elementi metallici con elementi in calcestruzzo o muratura. Fino a qualche decennio fa tale operazione di collegamento veniva eseguita mediante chiodatura o rivettatura, oggi, invece, queste tecnologie sono praticamente scomparse e sostituite dalle unioni bullonate e saldate.

Cominceremo con l'occuparci delle prime, partendo dall'individuazione delle parti che costituiscono un bullone:

• vite
• dado
• rosetta

Le componenti fondamentali di un bullone sono 3: vite (il cui diametro è generalmente compreso tra i 12 e i 30 mm), il dado (in genere esagonale) e...

La rosetta (di forma circolare), gli utensili ecc.

in genere avvitati alla parte filettata fare bloccare

un bullone. Specifiche normative prevedono disposi-

zioni per il corretto abbinamento tra vite e rosetta

il singolo bullone soggetto ad una generica forza

ha una capacità resistente che viene sempre

valutata con riferimento alla componente parallela

al gambo (bullone teso/compressione) e alla compo-

nente perpendicolare al gambo (bullone soggetto a

taglio). Rispetto a tali due componenti la norma-

tiva fornisce dei limiti basati su modelli sem-

plificati di comportamento dell'unione che siano

quanto più aderenti possibile alle risultanze speri-

mentali. Le ipotesi che generalmente vengono adot-

tate nel calcolo sono:

• trascurabilità della deformazione della
• lamiera sotto carico;
• inflessione nulla del gambo;
• assenza di concentrazione di tensioni
• nella prossimità dei fori.

Tali ipotesi permettono di assumere, compresso

noi da qui in poi, le tensioni uniformemente

fsei ≤

coeciente

effettivo

statico tra

le superfici

a contatto.

coefficiente

di

sicurezza parziale

rispetto allo

slittamento

Come detto, oltre che per rottura del bullone una

unione a taglio può collassare anche per rottura

della lamiera. Quest'ultima può avvenire secondo

tre modalità differenti:

• rifollamento
• rottura a trazione
• rottura a taglio

La resistenza della lamiera è, come ovvio, la

minore associata a questi 3 meccanismi di rottura,

e nulla garantisce che la lamiera cada

in crisi dopo il bullone, per cui è assolutamente

necessario valutare e verificare anche la la-

miera rispetto ad ognuna delle tre modalità.

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Unioni a trazione

Una unione bullonata è sollecitata a trazione se è soggetta ad una forza la cui direzione è perpendicolare alla direzione delle piastre collegate.

Consideriamo una unione elementare di due piastre con un singolo bullone e vediamo cosa accade aumentando progressivamente il carico N di trazione.

Prima dell'applicazione del carico N la testa del bullone e il dado trasferiscono alle lamiere lo sforzo dovuto al serraggio Ns. In questa situazione il gambo del bullone è teso (perché vorrebbe contrarsi ma non può fare il vincolo offerto dalle lamiere) mentre le lamiere sono compresse.

L'applicazione di una N di trazione si ripartisce in parte sul bullone che diventa ancora più teso Ns+X, e in parte sulle lamiere riducendo il livello di compressione Ns-Y.

Ovviamente per l'equilibrio X+Y=N, per trovare l'entità di X e Y c'è bisogno di effettuare

Se questo valore di "x" cosi calcolato porta

ad avere bulloni compressi, allora il calcolo va

ripetuto inserendo nella sommatoria i soli bulloni

che risultano dal calcolo precedente tesi. Ovvia-

mente questa procedura risulta essere convergente.

Supponendo che alla fine dell'iterazione le prime

"k" file di bulloni risultino essere reagenti a

compressione è possibile valutare l'inerzia del

collegamento come:

I = 2B . X³ / 3 + ∑_i=k+1 Abi (Yi - x)²

(in questa espressione

"x" è una quantità

nota, avendola prece-

dentemente calcolata)

e di conseguenza si

possono calcolare il massimo

sforzo di compressione sulla piastra:

σ_max = H . x / I

ε il massimo sforzo

normale di trazione in

un bullone:

N_tmax = N . Abi (Ymax - x) / I

Esistono anche degli approcci semplificati al problema

uno dei quali ipotizza, a vantaggio di sicurezza

I fori devono essere maggiorati rispetto al diametro

dei bulloni di 1mm, per bulloni sino a ⌀20, di

1,5 mm per bulloni di diametro superiore. Questa

regola si può derogare quando eventuali avvitature

non comportano problemi in fase di esercizio

per l’opera.

La resistenza a taglio dei bulloni, per ogni piano

di taglio che interessa il gambo dell’elemento,

deve essere assunta pari a:

F_v,Rd = 0,6 f_ub A_res / γ_M2 bulloni classe

4.6 5.6 e 8.8

F_v,Rd = 0,5 f_ub A_res / γ_M2 bulloni classe

6.8 e 10.9

Come già detto A_res è l’area resistente del bul-

lone, ovvero l’area in corrispondenza della parte

filettata, se a contatto con la piastra vi è unica-

mente la parte non filettata, la resistenza di cu-

sopra diventa:

F_v,Rd = 0,6 f_ub A / γ_M2 per bulloni di

tutte le classi

Si ricorda che f_ub è la resistenza a rottura dei

bullone.