perenthaler - bulloneria strutturale

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LA NUOVA BULLONERIA STRUTTURALE alla luce della recente normativa europea

EN 14399 EN 15048 EN 1090-2 EN ISO 898-1

Dispensa a cura di: Dott. Ing. Angelino Perenthaler

Socio Sostenitore Fondazione Promozione Acciaio

www.promozioneacciaio.it

la nuova

BULLONERIA STRUTTURALE

alla luce della recente normativa europea

EN 14399 EN 15048 EN 1090-2 EN ISO 898-1

Le tipologie dei nuovi prodotti unificati,

i materiali, la produzione, i trattamenti, le criticità

Screw making machine (1871)

La nuova Bulloneria strutturale pag. 2

Gli argomenti

Uno sguardo introduttivo alle nuove norme

Il quadro generale dell’attuale situazione normativa europea e italiana

L’acciaio impiegato

I materiali da costruzione secondo EN ISO 898-1: la nuova (2009) e la precedente (1999) edizione

- Caratteristiche richieste al materiale: deformabilità a freddo, sferoidizzazione dei carburi, resistenza meccanica, indurimento, tenacità, impurezze, grano fine, resistenza alla corrosione e all’usura, temprabilità, accuratezza dimensionale, trafilatura, pelatura, rettifica, lappatura, tabelle normative degli acciai e delle caratteristiche meccaniche e fisiche

La produzione, i trattamenti, le criticità

Il processo produttivo: dal filo laminato al bullone finito - Approvvigionamento vergella - Decapaggio in acido - Fosfatazione - Ricottura (eventuale) - Trafilatura e altre lavorazioni superficiali (eventuali) - Stampaggio alla pressa - Filettatura - Trattamento termico - Ripresa (eventuale) - Prove meccaniche sui bulloni

Trattamenti di protezione superficiale

- Zincatura a caldo - Trattamenti elettrolitici - Fosfatazione - Rivestimenti chimici - Rivestimenti meccanici


Aspetti metallurgici critici - Decarburazione - Deidrogenazione - Invecchiamento da zincatura a caldo - Rilassamento a breve e a lungo termine - Cedimento del bullone

I nuovi prodotti unificati

I nuovi sistemi unific.di bulloneria strutturale HR,HV,HRC,SB

- EN 14399: Bulloneria strutturale a serraggio controllato (HR, HV, HRC) - EN 15048: Bulloneria strutturale non a serraggio controllato (SB) - La geometria dei componenti

D.M. 14 gennaio 2008: Norme tecniche per le costruzioni (NTC)

Circolare 2 febbraio 2009: Istruzioni per l’applicazione delle NTC

Attraverso le novità introdotte dalla normativa europea (e dal Testo Unico)

- Insieme vite-dado-rondelle

I due tipi di imballi ora in commerci Regole generali di assiemaggio dei componenti secondo EN 1090-2 Elementi di fissaggio speciali

- Il precarico secondo EN 1090-2 ed EC3

- Idoneità degli assiemi: le prove di serraggio

- Calcolo della coppia di serraggio: il fattore k

Coppia di serraggio k-classe Coefficienti di serraggio per le classi K1 e K2 Le due classi a confronto Le prescrizioni della UNI CNR 10011 (superata) Cos’è il coefficiente k

- Metodi di applicazione della coppia di serraggio

Metodo della coppia Metodo combinato Metodo HRC Serraggio delle viti non precaricate (sistema SB) Controllo del serraggio Approfondimenti sul serraggio dei bulloni

- Considerazioni finali

Un confronto con precedenti specifiche di serraggio L’attuale fase di passaggio dal vecchio al nuovo sistema


Il quadro generale dell’attuale situazione normativa europea e italiana

Negli ultimi anni, con la pubbli-cazione delle nuove normative EN ISO 898-1 ed EN 14399-10 è stato posto l’ultimo tassello al quadro normativo europeo sulla bulloneria strutturale. Dalla disamina delle “nuove” tipologie di bulloneria introdotte se ne trae netta l’ impressione che esse siano il frutto di uno scambio di compromesso, di un “do ut des” tra i due gruppi forti della Commissione dopo un confronto durato 10 anni, inca-paci di convergere su un prodot-to unico, razionale, e di ispira-zione squisitamente “tecnica”. Il sistema HR e il sistema HV non sembrano infatti evidenzia-re differenze così nette ed im-portanti che ne giustifichino lo sdoppiamento (e costi connes-si!), essendo tra loro molto simili come materiali e come dimensio-

sioni, il primo però caro ai fran-

cesi, il secondo radicato invece nel mondo tedesco. Come materiali, il sistema HV prevede solo la cl. 10.9, mentre il sistema HR anche la cl. 8.8. Le viti sono in ambedue i casi a gambo parzialmente filettato, con diverse lunghezze del tratto filettato (HR anche il 50% in più). Di poco diverse le altezze dei dadi, con l’ HR alto ca. 9/10 del diametro, meno l’ HV, ca. 8/10. Queste differenze piuttosto rela-tive confermano che non do-vrebbe essere troppo difficile (e neanche troppo azzardato) im-maginare un piccolo sforzo “uni-tario europeo”, per far nascere un (ipotetico!) “sistema HRV”, nelle classi 10.9 e 8.8, con valori di compromesso della lunghezza del tratto filettato e dell’altezza del dado.

Alla base delle due tipologie, la francese HR e la tedesca HV, ci sono in realtà due “filosofie” di rottura diverse (confermate anche da prove e test di rottura), tra cui il

progettista dovrà scegliere: per cedimento della vite o per sfilamento del dado.

Nell’ HR, la maggior duttilità e allungamento plastico del gambo dovrebbero porta-re a collasso la vite per cedimento nel tratto interno libero del filetto (→ dado più

alto e filetto più lungo). Per questo assorbe anche eventuali sovra-serraggi.

Nel sistema HV invece la rottura avverrebbe prima per cedimento del dado (più basso), in seguito a strappamento del filetto interno. C’è il vantaggio che la

vite può continuare a funzionare a taglio, anche se può esserci una maggior sensibilità al sovra-serraggio, e per questo i controlli devono essere accurati.


Ritornando all’attuale normativa, molto interessante e innovativo si presenta il sistema HRC, sia per la precisione con cui ci permette di applicare la coppia di serraggio, sia per il limitato sforzo fisico da impegnare - è previsto infatti l’uso di un apposito avvitatore elettrico - anche se già in fase di progetto bisognerà “fare i conti” con l’ingombro dell’attrezzo e con la

libertà di manovra possibile attorno al giunto. Infine, per le applicazioni pre-viste senza precarico, la norma-tiva mette a disposizione il siste-ma SB, ampliato sia nella gam-ma proposta per le classi di materiale (infatti non prevede solo bulloni AR), sia nella lun-ghezza del filetto (che in questo sistema non è solo parziale ma anche a tutto gambo).

La norma permette comunque di usare - per le applicazioni senza precarico - anche la bulloneria prevista per il precarico.

Le novità di maggior peso e impatto non si presentano però sul fronte delle tipologie di bul-loneria proposte, ma piuttosto nelle precise modalità di serrag-gio dei bulloni precaricati, diven-tate ora più esatte, mirate e obiettive, con l’utilizzatore finale “sollevato” dall’onere di dover decidere o calcolare la coppia di serraggio da applicare allonta-nando così la principale causa

dei frequenti errori di serraggio, anche se, a onor del vero, dalle conseguenze quasi mai gravi. E’ noto che nella tecnica di serraggio controllato, eseguito con chiave dinamometrica, il bullone viene precaricato a norma con una forza assiale (ma non solo) che lo sollecita a ridosso del carico di snerva-mento.

Schema di funzionamento della chiave dinamometrica


La norma segue due strade per quanto riguarda i dati di serrag-gio da dichiarare. Una è più precisa, e la coppia è dichiarata esattamente: è il meto-do K2, con più impegnativi test che incidono sui costi di produ-zione. L’altra - ed è il metodo K1 – pre-vede invece un range di valori che appare obiettivamente troppo disperso e che per questo è spesso “ristretto” dai più seri tra i fornitori. Normalmente, alla vite non si ap-plica direttamente il precarico voluto (con attrezzo tensionato-re, il che non implicherebbe er-rori), ma invece una certa cop-pia (servendosi di una chiave dinamometrica) che quel preca-rico dovrebbe essere in grado di

generare, con le intrinseche difficoltà di stabilire il corretto rapporto causa/effetto (coppia/ precarico, noto come k) e cor-rendo il non improbabile rischio di sollecitare il materiale fino a snervamento. Il compito di definire un valore preciso - o un campo di valori - della coppia di serraggio viene ora “assegnato” dalla norma al produttore, che in generale è certamente più “attrezzato” per tale compito, e quindi meglio in grado di fornire risultati più attendibili rispetto al generico utilizzatore finale. La determinazione della coppia viene condotta sui singoli lotti di produzione, attraverso prove se-vere regolamentate dalle norme.

A chiusura di questo sguardo preliminare

è possibile prevedere che il “destino” di ogni singolo bullone, sarà fin d’ora più….”sereno”,

non più lasciato nelle sole mani dell’operatore, con la sua soggettività, con i suoi scarsi mezzi

(Bozzetto di Massimo Ciceri, ripreso dalla Guida BLM)

ma riposto in quelle più esperte del produttore,

All’utilizzatore restano in carico in ogni caso i corretti stoccaggio, manipolazione e montaggio

dei bulloni.


Nella schematizzazione seguente viene fornito in modo articolato il quadro della nuova normativa sulla bulloneria strutturale.

Eurocodice 3

EN 1993-1- 8:2005 Progettazione delle strutture di acciaio

Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti

EN 1090-2:2008

Esecuzione delle strutture di acciaio e di alluminio Parte 2: Requisiti tecnici per le strutture di acciaio

EN 14399 EN 15048 Bulloni Bulloni “a serraggio controllato” “non a serraggio controllato”

EN ISO 898-1:2009

Caratteristiche meccaniche degli elementi di collegamento di acciaio

Parte 1: Viti e viti prigioniere con classi di resistenza specificate – Filettature a passo grosso e a passo fine

E’ la parte relativa ai collegamenti del co-dice europeo, e for-nisce i criteri generali di progettazione delle strutture di acciaio.

La norma specifica i requisiti per l’esecu-zione delle strutture di acciaio, indipen-dentemente dalla lo-ro tipologia.

Sono norme armo-nizzate (e recepite da UNI) che precisano i requisiti generali (dimensioni, assiemi, ecc.) per la bulloneria normale e AR, adatta al precarico (EN 14399) o senza pre-carico (EN 15048). La norma specifica le caratteristiche mec-caniche delle viti di acciaio al C e legato, usate in un range di T fra -50 e +150°C, con estensione fino a +300°C, previe scel-te appropriate in ba-se alle applicazioni.

Quadro normativo italiano

L. n. 1086 del 5 novembre 1971

D.P.R. 380 del 2001

Nuove norme tecniche per le costruzioni D.M. 14 gennaio 2008

G.U. n. 29 del 4 febbraio 2008

La L.1086 (inglobata nel D.P.R. 380) disciplina le opere civili in c.a. e nor-male e a struttura metallica, riman-dando ad appositi decreti (da aggior-nare periodicamente) le norme tecniche di attuazione.

Il D.M. allinea le norma con lo stato dell’arte, e raccoglie in maniera orga-nica e unitaria nel Testo Unico (NTC) le diverse norme tecniche finora distri-buite in vari Decreti.


I materiali da costruzione sec.EN ISO 898-1: la nuova ediz. (2009) e la precedente (1999)

L’attuale fabbricazione industri-ale di serie della bulloneria pre-vede questi due processi pro-duttivi

per deformazione a freddo per i diametri più piccoli

per deformazione a caldo per quelli più grandi

I piccoli lotti di viti sono di solito ottenuti alle macchine utensili per asportazione di truciolo, macchine che sono indubbia-mente più versatili rispetto alle

impegnative presse orizzontali di stampaggio. Scopo di queste note è quello di presentare la produzione indus-triale, soprattutto di grande serie, dove sono tipici i processi pro-duttivi per deformazione.

Il procedimento di deformazione a freddo, oltre che essere il più adottato per motivi economici, è anche quello in grado di inne-scare un più favorevole compor-tamento metallurgico.

Le fibre del materiale, sottoposte a deformazione plastica,

si orientano parallelamente alla superficie della vite, a tutto beneficio della resistenza della vite stessa,

in particolare nei confronti della fatica.

Le fibre “addensate” nel fondo filetto e nella zona di variazione di diametro tra gambo e testa, prive di ripiegature o interru-zioni, garantiscono un eccezio-nale “rinforzo” - verificabile con la prova di tenacità della testa, ved. più avanti - in queste zone che presentano un pesante inta-glio geometrico.

Il laminato a caldo di partenza per la produzione dei bulloni è il filo (detto vergella), che viene fornito avvolto su appositi aspi. Si tratta di laminato tondo di diametro oltre i 5 mm che, prima della deformazione a freddo (o eventualmente a caldo), normal-mente viene sottoposto a più trattamenti, alcuni sistematici, altri opzionali.


Caratteristiche richieste al materiale

I materiali di origine possono essere

acciai non legati o acciai legati a bassa %C, in genere lavorati allo stato naturale di laminazione a caldo

acciai legati da bonifica, allo stato ricotto globulare (per una miglior lavorabilità per deformazione a freddo) o eventualmente già bonificati

Le caratteristiche che l’acciaio deve possedere dovranno corrispon-dere alle esigenze del processo produttivo, come di seguito viene schematizzato.

Deformazione a freddo:

deformabilità, duttilità, omogeneità, qualità della superficie del prodotto di partenza

Deformazione a caldo:

fucinabilità o stampabilità

Asportazione di truciolo:

lavorabilità alle macchine utensili

Per favorirne la lavorabilità, negli acciai automatici vengono penalizzate

le caratteristiche meccaniche, introducendo alcuni elementi in lega (ad es. il piombo),

aggiunti per incrementare la truciolabilità.

Anche l’attitudine alla deformabilità a freddo (e a caldo) viene peggiorata in questi acciai,

i quali devono quindi essere utilizzati solo per bulloneria di bassa resistenza.


Deformabilità a freddo.Sferoidizzazione dei carburi (ricottura) In genere il filo viene lavorato allo stato naturale di laminazio-ne, ma può anche sottoposto a ricottura di sferoidizzazione, allo scopo di migliorare la lavora-bilità a freddo della vergella.

Gli acciai a bassa %C possie-dono in generale buone caratte-ristiche di deformabilità a fred-do, senza necessariamente do-verli sottoporre a un trattamento termico, preliminare o interme-dio, quest’ultimo cioè a un certo punto della fase di deformazio-ne (incrudimento!).

La lavorabilità a freddo richiede al materiale la massima defor-mabilità senza che si formino cricche o rotture, e allo scopo deve essere elevata la duttilità.

Alti tenori di C e Mn (e di altri elementi indurenti) peggiorano la deformabilità per cui si rende opportuno un trattamento di ad-

dolcimento, tramite ricottura di globulizzazione o sferoidizza-zione: si può (indicativamente) prevederla per gli acciai con oltre 0,2 %C.

E’ noto (e intuitivo) che la dis-tribuzione dei carburi (la cemen-tite in particolare) sotto forma di sferoidi dispersi anziché in for-ma lamellare, gioca a tutto favo-re della deformabilità.

Dal punto di vista della struttura, un grano ingrossato conferisce una miglior lavorabilità a freddo, questo a causa del minor anco-raggio e del meno efficace “ef-fetto incastro” all’interfaccia tra i grani. Fisicamente, se i grani sono grossi dovranno anche essere in numero minore, e a questo dovrà corrispondere anche una minore estensione dell’interfac-cia.

Resistenza meccanica. Indurimento Per aumentare la resistenza meccanica del bullone finale, si può far ricorso a questi due metodi di indurimento strutturale:

incrudimento da deforma-zione a freddo, applicato alle classi di resistenza fino alla 8.8 esclusa

trattamento termico di boni-fica - quindi tempra seguita da rinvenimento - utilizzato per le classi superiori, cioè dalla 8.8 in poi (viti AR).


Per i bulloni bonificati si dovrà partire da un materiale avente adeguate caratteristiche di tem-prabilità: con il successivo trat-tamento bisogna infatti ottenere durezza e struttura sufficiente-mente uniformi e omogenee nell’intera sezione trasversale (→ penetrazione di tempra). A questo proposito, sempre la norma EN ISO 898-1:2009 pre-scrive che, per le classi dalla 8.8, la martensite formatasi con la tempra (quindi prima del rinve-nimento) penetri fino al cuore, e qui dovrà interessare il 90% della struttura (il resto può essere perlite-ferrite), limite che obietti-vamente è piuttosto “impegna-tivo” e difficile da raggiungere, specie nei diametri maggiori.

La miglior omogeneità comporta anche un minor stato tensionale residuo da TT. Nella vecchia normativa questa percentuale era imposta per la sola cl.10.9 (più facile da otte-nere perché si trattava di acciai legati), mentre non veniva ri-chiesta per la cl. 8.8. Nella revisione della norma si è introdotta perciò una maggiore uniformità tra i materiali delle classi AR e nelle caratteristiche metallurgiche della sezione. Il compito di favorire caratte-ristiche meccaniche più spinte, più che al materiale, verrà asse-gnato alla diversa modulazione della temperatura di rinvenimen-to, senza però che possa scen-dere sotto un valore minimo fis-sato dalla norma → ved. tab. 2.

Anche la resilienza delle viti la nuova norma prevede valori più elevati: per ogni classe AR (quindi da 8.8) sono garantiti 27 J

a -20°C (le altre caratteristiche restano invece testate a Tamb).

Finora la norma – “cedimento” questo a un’inclinazione metallurgica naturale dell’acciaio! - sia prevedeva una resilienza via via più modesta

al salire della classe, sia ne riferiva i valori, come pure delle altre caratteristiche meccaniche e fisiche, a una temperatura che era più o

meno quella ambiente (e non a -20°C come ora), “scaricando” sull’utilizzatore l’eventuale verifica di idoneità per T più basse.

In certe applicazioni è richiesto che l’elevata resistenza meccani-ca di cui il bullone dispone a tem-peratura ambiente, venga mante-nuta anche a T di esercizio eventualmente più elevate.

La nuova EN ISO 898-1:2009 (Ann. B) non prevede alcuna limi-tazione alle caratteristiche mec-caniche fin quando le T di esercizio non superano i 150 °C.


Per T superiori, fino a 300 °C, bisogna invece accertarsi, tramite accurata verifica, che le carat-teristiche funzionali del bullone permangano.

E’ importante infine che la resis-tenza meccanica della vite venga mantenuta adeguata anche in presenza di carichi ciclici di fatica in esercizio.

Duttilità La duttilità è una caratteristica basilare al fine di garantire un buon livello di deformabilità del materiale. Elevata duttilità significa che il materiale dispone della neces-saria riserva plastica prima di giungere a rottura.

In questo modo si riuscirà a deformarlo a freddo in un cam-po plastico sufficientemente es-teso, al riparo quindi da pericoli di rottura. Nei test (ved. più avanti) questo si dovrà tradurre in un sufficien-te angolo di rotazione del dado.

Tenacità. Impurezze. Grano fine E’ indispensabile ridurre al mini-mo il contenuto di P, S e N (clas-sificati come “impurezze”), la cui presenza comporta una pesante e rapida caduta della tenacità. La norma EN ISO 898-1 stabili-sce le percentuali massime di composizione consentite per questi elementi. Già si è constatato come il grano

fine – moneta dalle due facce! - se da un lato peggiora la defor-mabilità a freddo del metallo, dall’altro agisce però a favore della tenacità. Quale compromesso tra questi due effetti contrastanti, la pratica produttiva “opta” per il grano suf-cientemente fine: si privilegia la tenacità del materiale a scapito cioè della sua deformabilità. . . .

Richiamo di metallurgia

Il grano fine, oltre che dal trattamento di normalizzazione, nei microlegati è anche ottenuto da laminazione condotta a più basse temperature,

posizionate attorno (o al di sotto) di quella di ricristallizzazione.


Resistenza alla corrosione. Resistenza all’usura Sono caratteristiche talora richieste alle viti costruite per applicazioni particolari.

Temprabilità La norma EN ISO 898-1 pre-scrive (per i bulloni AR) che la tempra penetri fino al cuore della sezione filettata: si è visto infatti che la martensite nell’intorno del centro deve interessare almeno il 90% della struttura: in pratica quindi, struttura quasi completa-mente martensitica! E questa tempra “a cuore” – tecnicamente detta temprabilità – si è detta più difficile da raggiun-gere nei pezzi con diametri gran-di, nei quali bisogna allora agire sul fronte dell’abbassamento del-la velocità critica di tempra.

Nella bulloneria questo fine è ottenuto con aggiunte di boro (B), ma anche Mn e Cr, come leganti dell’acciaio (cfr. tab. più avanti). A titolo di esempio, in figura sono riportate le curve di temprabilità per due acciai di ugual tenore di C - lo 0,35% - uno dei quali contiene però anche una piccola %B: la pur minima (0,0008%!) presenza di B lo rende un po’ meno deformabile, ma in com-penso molto più temprabile (→ tempra a cuore di pezzi piuttosto grossi, di acciaio non legato: lo spe-gnimento è in olio anziché in acqua).

Curve di temprabilità di due acciai 0,35%C, con e senza B


Richiami di metallurgia

La temprabilità è molto sensibile anche alla grossezza del grano austenitico: a un grano austenitico grosso corrisponderebbe

- per gli acciai a medio tenore di C come quelli usati nella bulloneria – una penetrazione di tempra più elevata,

anche se, come si è visto, viene preferito il grano fine.

Gli acciai al B possiedono inoltre una resilienza abbastanza più elevata di quella degli altri acciai legati, e questo sia a temperatura ambiente che a più bassa T.

Accuratezza dimensionale. Trafilatura (pelatura, rettifica, lappatura) I prodotti di laminazione - quando sono forniti allo stato AR (“as rolled”) - hanno tolleranze dimen-sionali dell’ordine dei decimi di millimetro, mentre un laminato trafilato arriva a tolleranze dell’or-dine dei centesimi.

Affinchè gli utensili “a contatto pezzo” impiegati nella costruzio-ne delle viti possano lavorare correttamente, lo spezzone di vergella da deformare deve pos-sedere in genere una ben definita accuratezza dimensionale, non solo in termini di dimensioni, ma anche di forma. Per ottenere questo, dopo deca-paggio e fosfatazione viene talo-ra prevista una lavorazione ag-giuntiva di trafilatura della ver-gella, di cui si parlerà più avanti.

In altri casi al posto della tra-filatura può essere sufficiente la sola pelatura.

Nell’ulterire caso contrario che venga richiesta una precisione maggiore anche della trafilatura si esegue la rettifica, o addirit-tura la lappatura, partendo in tal caso da barre e non da vergella.

Di seguito si riportano alcune tabelle estratte dalla nuova e dalla vecchia EN 898-1, per un significativo confronto tra le due, dei dati riguardanti la composizione chimica

dei materiali adottati le caratteristiche meccani-

niche e fisiche


unica differenza di composizione tra 8.8 e 10.9, per il resto uguali


Il processo produttivo: dal filo laminato al bullone finito

La più diffusa produzione in serie delle viti - certamente fino a diametri di ca. 33 mm - è quella per deformazione a freddo con ricalcatura. Nella pratica industriale la rical-catura è, come l’estrusione, una lavorazione riservata in genere ai prodotti lunghi. Imbutitura e stampaggio sono invece specifici dei prodotti piani. Nei dadi, la deformazione a freddo viene adottata solo per i diametri foro più piccoli, normal-mente fino ca. 20 mm, per la dif-ficoltà di punzonamento dei fori.

Alcune primarie aziende hanno però sviluppato impianti particolari che consentono la deforma zio-ne a freddo di viti, dadi e parti-colari speciali con di dimensioni decisamente superiori a quelle sopra citate come limite per la deformazione a freddo, arrivando anche alla misura M 48.

In ogni caso, l’elevato grado di automazione dei moderni im-pianti richiede necessariamente ai semilavorati di partenza carat-teristiche qualitative sempre più costanti e omogenee. .

Approvvigionamento vergella

La vergella viene fornita sotto forma di filo avvolto su appositi aspi. Il materiale in ingresso subisce un sistematico controllo di qualità.

Filo vergella avvolto


Decapaggio in acido

E’ il trattamento di pulizia iniziale per stadi successivi (vasche), cui si sottopone la ver-gella in acidi via via più aggressivi, per poterne asportare croste di laminazione, grassi in super-ficie e sporcizia in genere.

Fosfatazione

Questo trattamento segue il decapaggio, allo scopo di me-glio “ancorare” l’olio e lo stea-rato applicati per limitare l’attrito

(e quindi sforzi, lavoro, consumi, usura) nelle successive ope-razioni di deformazione a fred-do.

Ricottura (eventuale)

Si esegue su materiali a elevata % di carbonio e di altri elementi. Si è visto trattarsi di una ricottu-ra di globulizzazione, avente lo scopo di migliorarne la deforma-bilità a freddo. La vergella viene trattata nei tipici forni a campana (ved. fig.).

Trafilatura e altre lavorazioni superficiali (eventuali)

La trafilatura è una lavorazione a freddo preliminare di riduzione della sezione e si può eseguire in opzione a monte del ciclo di

deformazione per calibrare la sezione della vergella e miglio-rarne la qualità superficiale.


La trafilatura comporta anche un certo grado di incrudimento su-perficiale del filo, con un correla-to aumento di durezza. Operativamente, il filo vergella da trafilare viene svolto dalla matassa mano a mano che entra nella filiera della trafila e tirato, a valle del foro, tramite un argano cabestano per trafilatura e infine riavvolto su aspo.

Le lavorazioni superficiali pre-liminari accennate (eseguite su barre) eventualmente richieste per applicazioni specifiche, sono:

la pelatura, che permette di migliorare lo stato superficiale eliminando i difetti, lo strato decarburato e la calamina

la rettifica, che conferisce tolleranze molto ristrette e una buona qualità superficiale

la lappatura, di caratteristiche ancora più spinte della rettifica

Stampaggio alla pressa

L’operazione di stampaggio con-siste in una sequenza di fasi progressive di deformazione, che dipendono da più aspetti e varia-bili, di natura tecnica/tecnologica. Viene in genere effettuata con presse orizzontali a più stazioni transfer, nelle quali lo spezzone di filo viene sagomato e poi fi-lettato in postazioni successive, fino a ottenere la forma finale. Il metodo di controllo oggi più adottato prevede un accurato si-

stema di rilevamento e mo-nitoraggio degli sforzi di deforma-zione, integrato nel processo: un andamento degli sforzi che si ripeta uguale a sé stesso nel tempo, da solo è indice di sta-bilità nella lavorazione.

L’operatore può anche impostare dei limiti di variazione dello sforzo massimo, con delle bande di tolleranza che limitano la varia-zione % degli sforzi stessi.


Sequenza di stampaggio di viti a testa esagonale e dadi

Andamento delle fibre nelle viti stampate (a testa esagonale, flangiata ecc.)


Andamento delle fibre delle viti tagliate

Filettatura

La norma EN 14399 per viti in classe 10.9 ammette unicamente filettatura rullata. Nella bulloneria standardizzata di serie, la filettatura è solo una delle fasi che via via si susse-guono durante il processo di deformazione e viene general-mente eseguita a monte del trat-tamento termico. Rispetto alla filettatura per aspor-tazione di truciolo, la “rullatura” presenta vantaggi maggiori, sia dal punto di vista economico che da quello meccanico-metallurgi-co.

Con il termine “rullatura” del filetto si intende il procedimento di filettatura per deformazione, per mezzo di speciali utensili che solo un tempo erano costituiti da veri e propri rulli filettati contro-rotanti, che penetravano nel gambo da filettare.

Negli anni poi, i rulli sono stati sostituiti da pettini piani tra loro affacciati, dotati di moto di lavoro rettilineo alternato. La superficie rigata dei pettini piani può esser vista come lo “sviluppo” di quella dei rulli (sono cioè il “calco” sviluppato del fi-letto).

I pettini sono due, dei quali uno fisso e l’altro (in genere più corto) mobile, con facce rigate l’un l’altra contrapposte. Il pettine mobile trascina il gambo da filettare con moti uno di lavoro (filettatura+espulsione finale) e uno di ritorno (+ presa vite successiva). Il gambo da filettare deve avere diametro di partenza più grande (ma solo leggermente) del diametro medio della filettatura finale.


Geometria della filettatura metrica

I pettini che penetrano gradual-mente nel gambo cilindrico crea-no la base (o fondo) del filetto, mentre la cresta prende forma dal materiale ricalcato, costretto ad alzarsi e rigonfiarsi plastica-mente verso l’esterno, e, di con-seguenza, le fibre sono nel con-tempo indotte a seguire il con-torno della filettatura, senza pre-sentare soluzione di continuità. Si può perciò comprendere l’im-portanza fondamentale, ai fini delle tolleranze del filetto, assun-ta dalla precisione dimensionale

e di forma del gambo da filettare.

La rullatura non avviene quindi con asportazione di truciolo, ma utilizza la sola deformazione plastica del materiale, cui è richiesta buona deformabilità a freddo e quindi buona duttilità (A > 8%).

L’operazione di filettatura dura appena il tempo di qualche secondo, consentendo così una produzione molto elevata, anche di centinaia di pezzi al minuto.


Rullatura viti con rulli (superata)

Rullatura viti con pettini piani (attuale)

Maschiatura dei dadi

(EN 14399: da eseguire dopo zincatura nei zincati a caldo, non ripassare dopo filetto)


Nota

Per bulloneria che dovrà essere successivamente zincata a caldo, bisogna tener conto del (relativamente) consistente spessore del rivestimento (attorno ai 50 m), che impone di ridurre il diametro

della vite (e/o di aumentare quello del dado).

Per una esatta valutazione delle variazioni, si tenga conto che lo spessore di zinco fa variare il diametro medio di ben quattro volte

lo spessore stesso (in pratica a circa un paio di decimi).

Si adottano due metodi per ”fare i conti” con lo spessore dello strato.

Il primo è quello di usare dadi maschiati con dimensioni di filetta-tura maggiorate (campo tolleranza 6AX o 6AZ) e viti aventi una tolleranza pre-trattamento g o h.

dadi marcati con la lettera Z dopo la classe

Il secondo è quello di costruire viti con filetto di diametro ridotto (campo tolleranza 6az) da accoppiare con dadi posizione G o H.

viti marcate con la lettera U dopo la classe


Classi di tolleranza Gli elementi di collegamento filettati sono commercializzati nelle categorie di tolleranza A, B e C, in ordine decrescente, di precisione con normativa di rife-rimento la EN ISO 4759-1. Le tolleranze riguardano, oltre la filettatura esterna (vite) e interna (dado), anche la più generale geometria del bullone (es. la chiave o il gambo cilindrico).

La EN 14399-1 rimanda alle norme europee per le tolleran-ze di dimensione, di forma e di posizione e stabilisce diretta-mente quelle della filettatura.

Difetti superficiali Le tipologie di difetti superficiali sono trattate nella norma EN 26157-1 (per le applicazioni generali, e tra queste rientra an-che la bulloneria in esame). Dei difetti superficiali fanno par-te le cricche (di tempra o di

stampaggio), screpolature di stampaggio, rigature, buttera-ture, ripiegature, segni di uten-sile o altri danneggiamenti che riguardano la superficie. La stessa norma ne stabilisce anche i limiti di accettabilità.

Trattamento termico

Dopo lo stampaggio i bulloni AR (cl.8.8, 10.9,…. quelli normali sono induriti per incrudimento) vengono sottoposti a trattamento termico, eseguito ormai unicamente in impianti di tipo continuo a tappeto. In questi viene effettuato il riscaldo del pezzo da temprare mentre il successivo spegnimento si esegue in olio; segue poi il rinvenimento (o distensione), come schematizzato nel riquadro. I moderni impianti continui sono provvisti di regolazioni e controlli molto accurati e sofisticati, che permettono di “sfornare” un prodotto di caratteristiche meccaniche e metallurgiche che rispettano i ristretti limiti imposti e dal mercato, e dalla norma.


Schema del trattamento termico di bonifica dei bulloni

Forni a tappeto ad atmosfera controllata


Ripresa (eventuale)

Il termine ripresa si riferisce a quell’ insieme di lavorazioni pre-viste dal ciclo di lavorazione del bullone – ma eseguite solo a valle del trattamento termico – o perché sono oggetto di specifiche richieste dell’acquirente o per particolari esigenze di progetta-zione.

In genere si tratta della filettatura, ma si possono anche eseguire torniture a disegno sul gambo (es. nei gambi calibrati) o in altre parti, od operazioni di rettifica e finitura per ottenere prestabilite tolleranze o rugosità superficiali.

Filettatura I risultati di apposite ricerche hanno evidenziato che le viti con filettatura di ripresa, che sono quindi state “rullate” dopo il trattamento di bonifica, risentono di uno stato di incrudimento su-perficiale (che coinvolge comun-que pochi decimi di spessore) più accentuato rispetto a quelle “standard”, sottoposte invece a trattamento dopo la filettatura. Con il trattamento termico finale viene in buona parte annullato il favorevole orientamento delle fibre che si ricercava con la deformazione plastica. Sul preesistente orientamento delle fibre prevale ora l’effetto “distensivo” del trattamento ter-mico della struttura, anche se il filetto risulterà più fragile nei con-fronti degli intagli di superficie: la temperatura di trattamento ha effetti anche sul precarico di compressione superficiale da rullatura, che così viene perso.

Le viti bonificate, e rullate solo alla fine - proprio a seguito di indurimento superficiale subito con la rullatura - sono molto più resistenti a fatica. In queste viti infatti, eventuali difettosità (cricche) di possibile inizio rottura, vengono “spinte” sottopelle, dalla rullatura, diven-tando molto meno pericolose: si può ritenere che l’incrudimento superficiale per rullatura “preval-ga” sul trattamento, sullo strato di un paio di decimi di mm.

La resistenza a fatica - intesa come limite di fatica - a seconda dei casi può raddoppiare o ad-dirittura anche più che triplicare. L’aumento è più forte, anche se di pochi punti %, su viti a passo grosso rispetto a quelle a passo fine, a causa della deformazione più spinta cui sono state sotto-poste.


Sono perciò solo di natura eco-nomica i motivi per cui normal-mente la ripresa della filettatura viene limitata ai casi di applica-zioni piuttosto particolari.

Molto maggiori sarebbero infatti i costi per modificare il lay-out e

quelli legati alla durata dei pettini, che scende drasticamente (anche di un ordine di grandezza!) per la deformabilità molto più limitata del materiale da filettare, indurito in seguito al trattamento.

Prove meccaniche sui bulloni

La norma EN 898-1:2009 prevede, tra le altre, le due significative prove sulle viti di seguito descritte, aventi lo scopo di assicurare che la zona di raccordo testa-gambo non comporta penalizzazioni. Prova di trazione con appoggio a cuneo Nella vite sottoposta a prova, la distanza minima tra il primo filetto completo e la superficie di ap-poggio del dado deve essere almeno uguale a un diametro. Il cuneo deve essere temprato e la testa viene sollecitata a tra-zione fino a portare la vite alla rottura. La rottura deve verificarsi sul gambo – non è importante se nella parte liscia o in quella filet-

tata – ma in ogni caso mai nella zona di raccordo con la testa (alla quale può però estendersi nel caso di gambo tutto filetto).

Il carico alla rottura non deve risultare inferiore a quello pre-visto dalla classe di resistenza della vite, verificandolo di prefe-renza o in questa prova, o, in alternativa, in una prova supple-mentare senza cuneo (ved. fig.).

.


Prova di trazione di una vite con appoggio a cuneo

Prova di trazione di una vite


Prova di tenacità della testa La prova di tenacità viene in genere richiesta per le vite di lunghezza insufficiente per l’eseguire la prova precedente. Dopo aver battuto ripetutamente la testa con il martello, questa si deve adagiare sul piano, e quin-di piegare di (90-ß)°, senza ma-nifestare segni di rottura nella

zona raccordo testa-gambo (che non si dovranno riscontrare né a occhio nudo, né con ingrandi-mento tra 8x e 10x). Anche in questo caso, se la vite è tutto filetto, è ammessa la frat-tura nel primo filetto, ma asso-lutamente non nella testa.

Si fa riferimento a schema e tabella seguenti.

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Trattamenti di protezione superficiale

I trattamenti superficiali dei bulloni che prevedono l’ applicazione di rivestimenti, sono in genere eseguiti con scopi:

di protezione del metallo base da ossidazione atmosferica o di processo

funzionali, per limitare la dispersione dei valori del coefficiente di attrito e regolarizzare la coppia di serraggio

estetici

Gli eventuali rivestimenti superficiali devono essere eseguiti per norma dal produttore o sotto suo controllo/responsabilità.

Si possono suddividere in:

galvanici per immersione a caldo (zincatura a caldo, hot dip gavanizing)

elettrolitici fosfatici metallici depositati chimicamente metallici depositati meccanicamente

Zincatura a caldo

E’ il trattamento più diffuso e più efficace per la protezione dei bulloni dalla corrosione causata da atmosfere aggressive sia in-dustriali che da ambiente marino. La norma EN 14399-1 prevede di eseguire questo, come anche gli altri rivestimenti, per i componenti del bullone sotto la responsabilità del fabbricante. Il rivestimento è formato da più strati di leghe Zn-Fe che si for-

mano nel bagno, (di durezza e resistenza superiori a quella del solo zinco), via via più ricche di Zn, fino a (quasi) il 100 % in superficie, superficie che benefi-cerà di conseguenza della pro-tezione catodica “sacrificale” del-lo Zn.

Lo zinco è in grado infatti di subire molto più lentamente la corrosione, proteggendo così il metallo sottostante.


Preparazione Nel caso di forti incrudimenti da lavorazioni a freddo, specie in particolari applicazioni, prima del decapaggio e della zincatura si dovrà prevedere un trattamento di distensione. Nel caso di materiali di elevata durezza (in pratica oltre 320 HV ca.), trattati termicamente o in-cruditi, è consigliabile eseguire il decapaggio o con acidi meno

aggressivi (“spenti” da un appo-sito inibitore), o con liquidi alcalini, o infine meccanicamente (lavaggio + sabbiatura), questo allo scopo di limitare il più possi-bile l’assorbimento di idrogeno. Quando necessario, può even-tualmente seguire un trattamento di deidrogenazione (in ogni caso per la cl.10.9).

Zincatura

La temperatura del bagno è normalmente sui 455÷475 °C, i bulloni vengono riposti in appositi contenitori (“cestelli”) e immersi nelle vasche di zincatura. Appena estratti vengono centri-fugati per eliminare lo zinco in eccesso (non però nei dadi, se fossero già filettati!), quindi raf-freddati in aria o acqua a se-conda delle loro dimensioni. L’immersione a più alta tempe-ratura, sui 530÷550 °C - si deve evitare l’intervallo fragilizzante 480÷530 °C! - ha come risultato una superficie più liscia e opaca, con un minor spessore di Zn.

Le diverse T di zincatura richia-mate sono anche espressamente citate nella norma ISO 10684. Si raccomanda lì di non eseguire zincatura ad alta temperatura per bulloneria cl. 10.9 da M27 in poi, per contrastare la formazione di microcricche.

Lo spessore minimo dello strato è fissato dalle varie normative nazionali e internazionali, e nor-malizzate sono pure le prove em-piriche di verifica dell’aderenza (martello, coltello,…) e i criteri di accettabilità dei difetti superficiali di zincatura (gocce, macchie, zone scoperte,….).

Operazioni finali

La filettatura (“maschiatura”) dei dadi deve essere eseguita di utensile solo dopo la zincatura per immersione e centrifugazione, (questa non sarebbe in grado di eliminare lo zinco dal filetto interno!).

Dovranno poi essere adegua- tamente lubrificati per garantire il corretto rapporto coppia-preca-rico (vedremo che sono lubrificati per il “controllo” dell’attrito).


Normalmente non sono neces-sari ulteriori trattamenti dopo la zincatura, salvo fosfatazione o cromatazione quando richieste, per evitare gli effetti di particolari stoccaggi (umidi) o come base per una successiva verniciatura. Speciale cura deve essere posta allo stoccaggio, per non compro-

mettere lo stato di lubrificazione originario. . La lubrificazione stessa, il con-tatto tra filetti, la sigillatura del sistema e infine l’azione sacrifi-cale dello zinco sul filetto della vite, evitano problemi di corro-sione del dado nonostante la ma-schiatura dopo zincatura.

Grippaggio

A causa della sua minor durezza rispetto all’acciaio base, lo zinco di superficie tende - in particolare proprio negli accoppiamenti filet-tati - a originare fenomeni di “grippaggio” durante la fase di serraggio del bullone.

Per questo si raccomanda (per usi generali) di evitare serraggi a secco, e di lubrificare gli accop-piamenti filettati zincati con apposite paste lubrificanti per bulloneria a base di bisolfuro di molibdeno reperibili sul mercato. Rispetto ai grassi le paste conten-

gono una minor % di oli, una maggior componente solida e altri additivi resistenti alla corro-sione.

E’ il caso di ricordare fin d’ora che, con l’introduzione delle nuo-ve normative, il trattamento è eseguito a monte dal produttore, per cui i particolari devono essere utilizzati allo stato di consegna senza ulteriori lubrificazioni da parte dell’utilizzatore, proprio per non alterare il legame tra coppia e precarico regolato dalla norma. . .

Trattamenti elettrolitici

Sono dei trattamenti chimici eseguiti (come quelli descritti più avanti) previo accordo con l’acquirente per conferire alle viti: colorazione (estetica) resistenza agli agenti atmos- ferici

Sono in particolare adottati nei settori automotive, elettronico e degli elettrodomestici. Lo spessore dello strato trattato in genere non supera i 5 m.

Si tratta di rivestimenti a base soprattutto di zinco e sue leghe


(ferro, nichel, cobalto), ma possono essere usati anche altri metalli (rame, nichel) o leghe (Ni-Cr, Cu-Ni-Cr).

I tre tipi di zincatura previsti sono i seguenti: quella gialla (detta anche tropicalizzata), la bianca e quella nera.

Si possono inoltre eseguire: nichelatura, brunitura, fosfatatura nera, ottonatura, bronzatura.

A parità di micron dello strato, la zincatura gialla ha una resistenza

superiore (circa doppia) rispetto alla bianca o alla nera.

La brunitura è il trattamento più semplice e diffuso, e normalmente si considera sufficiente a preveni- re la limitata corrosione delle applicazioni standard. La patina ricoprente si forma sui particolari che, sgrassati e mode-ratamente riscaldati, vengono im-mersi e agitati per un certo tem-po in un bagno di soluzioni parti-colari (es. 5 g/l di cloruro ferrico).

Fosfatazione

Il trattamento di fosfatazione consiste nello spruzzare i prodotti o nell’immergerli in un bagno di acido fosforico, formando così uno strato superficiale fosfatato

(cioè composto da fosfati idrati dei metalli presenti nel bagno), poroso, con caratteristiche auto-lubrificanti e protettive contro la corrosione.

Fosfatazione allo Zn

Interessa l’ambito bulloneria, do-ve è raccomandata soprattutto per la sua funzione anticorrosiva.

Lo spessore del rivestimento si aggira sui 5÷11m.

Fosfatazione al Mn

E’ un trattamento autolubrificante e antiusura, applicabile quando sia sufficiente una resistenza alla corrosione anche più bassa. E previsto soprattutto per ingra-naggeria, camme, ecc., mentre non è raccomandato per bullo-

neria AR per i problemi di fra-gilizzazione da idrogeno che può comportare.

Lo spessore del rivestimento è maggiore di quello base zinco, 7÷15 m. .


Rivestimenti chimici

Si tratta di rivestimenti chimici anticorrosivi, con lamelle di zinco o alluminio (→ anodo) in so-spensione base acqua o sol-vente, applicati per immersione o spruzzatura sui particolari (→ catodo), con l’aggiunta di polimeri organici: in particolare il fluoruro di carbonio ha come effetto sia di ridurre che di stabilizzare il coef-ficiente di attrito. Il fissaggio del rivestimento vien fatto in forno (→ polimerizzazione). In commercio sono disponibili degli ottimi rivestimenti anticorro-sivi termoindurenti.

La preparazione meccanica della superficie e il rivestimento stesso

non causano infragilimento da idrogeno, per cui questo trat-tamento può venir applicato alla bulloneria di acciaio più sensibile all’ infragilimento da H, come è quella a elevato carico di rottura (oltre 1040 N/mm2). Lo spessore del rivestimento è di 5÷8 m e il colore è grigio ar-genteo.

Si può comunque procedere con un ulteriore strato di finitura organica, cromica o trasparente, per immersione e cottura, o con lubrificanti base olio o cere per ridurre e controllare il coefficiente di attrito.

Rivestimenti meccanici

Sono trattamenti anticorrosivi, sotto forma di polveri applicate con azione meccanica; non pro-vocano assorbimento e fragiliz-zazione da idrogeno, quindi anche questi sono adottati nella bulloneria a elevato carico di rottura (oltre 1040 N/mm2), impie-gata in ambienti solforosi. Di solito si tratta di zinco, ma può anche trattarsi di Sn, Al o loro miscele.

Gli spessori (in genere sui 10 m) sono diversi, in funzione dell’utilizzo.

Dopo il rivestimento i particolari possono subire passivazione, assumendo così un aspetto cro-mico caratteristico anziché quel-lo del metallo depositato.


Aspetti metallurgici critici

Decarburazione

E’ un aspetto tipico della bulloneria, e consiste nell’impo-verimento di C, che il metallo trattato termicamente subisce in superficie, il che può comporta-re una diminuzione della resis-tenza del filetto, specie quando è a passo fine.

E’ in genere dovuta all’ atmo-sfera non adeguamente control-

lata del forno di tempra, ma il fenomeno può anche innescarsi per la presenza di H.

Una leggera decarburazione superficiale rimane anche dopo la laminazione a caldo, quando non sia prevista la pelatura o altre lavorazioni di asportazione dello strato superficiale decar-burato.

Vengono distinte tre zone.

1- Decarburazione

Consiste nella perdita di C in superficie, nei materiali ferrosi da commercio.

2- Decarburazione parziale

Decarburazione sufficiente a causare una leggera decolorazione della martensite temprata e una significativa riduzione della durezza rispetto al metallo base circostante (senza però che vengano evidenziati i grani di ferrite all’esame metallografico).

3- Metallo base

E’ il metallo dove non si riscontrano variazioni nella % di C.


Per contrastare gli effetti della decarburazione si può ricorrere a una ricarburazione, che consi-sterà nell’ arricchimento dello strato superficiale rispetto al metallo base. La rilevazione del grado di decar-burazione può essere attuata con:

esame metallografico, previa molatura e lucidatura delle provette, cui far seguire at-tacco in soluzione di nital 3% per mettere in risalto l’al-terazione della microstruttura, dovuta appunto alla decarbu-razione (ingrandimento 100x)

metodo della microdurezza - è questo metodo a far testo - e consiste in pratica nel determinare la microdurezza Vickers HV 0,3 nelle tre zone della sezione trasversale del filetto

Per contrastare la decarburazio-ne, l’atmosfera nei forni di trat-tamento termico per bulloneria deve essere controllata, in modo da raggiungere un corretto equi-librio tra il tenore di C dei pezzi e appunto quello dell’interno del forno.

Deidrogenazione

La fragilizzazione da idrogeno si manifesta sul bullone finito, quindi già trattato termicamente, dopo il rivestimento galvanico.

E’ una delle cause più frequenti di scarto nel campo della bullo-neria e tiranteria.

Le fasi del processo di fab-bricazione dei bulloni - durante le quali può verificarsi assorbi-mento di idrogeno nel metallo - oltre la zincatura elettrolitica (non però quella a caldo!) - sono il decapaggio acido iniziale della vergella e alcune tra le fosfa-tazioni più acide.

Richiami di metallurgia

Durante la sua diffusione all’interno della matrice, l’idrogeno incontra dei “vuoti” e altri tipi di discontinuità o di inclusioni (e la sua mobilità è maggiore nelle zone con deformazioni plastiche ed è favorita dal movimento delle dislocazioni), lì si concentra e può combinarsi in forma molecolare H2, dando origine a piccole

bolle di pressione con conseguenti rigonfiamenti specie nelle sezioni più sottili.

Maggiore è la quantità di gas contenuta e minori i vuoti presenti, più questa pressione aumenta, crescendo di pari passo il conseguente stato di

tensione nel metallo (che può anche portare a rottura).


Nella abituale prassi metallur-gica, il fenomeno della fragiliz-zazione da idrogeno viene con-trastato tramite la deidrogena-zione dei pezzi, la quale segue criteri diversi, in base al tipo di trattamento che ha causato l’as-sorbimento. Evitare il trattamento, o non prevederlo affatto quale fase del

processo produttivo dei bulloni, può diventare quanto mai contro-producente.

Per gli acciai a elevato carico di rottura (>1000÷1100 N/mm2), il trattamento di deidrogenazione è sempre richiesto (è pensato già in fase di progettazione).

Rivestimento galvanico

Il rivestimento galvanico, e il de-capaggio di pulizia dagli ossidi che lo precede, sono causa di assorbimento di idrogeno ato-mico.

Per questo, subito dopo il tratta-mento di zincatura elettrolitica della bulloneria, viene di regola eseguito anche un trattamento di deidrogenazione: si tratta di una distensione a 200÷240 °C, per 2÷4 h in base al livello della temperatura.

Per i rivestimenti più spessi, possono essere necessarie an-che 8÷10 h. Si dà modo così all’idrogeno inglobato nel reticolo cristallino di evolvere verso l’esterno - come è già sua tendenza fare essendo in sovrapressione - e alla struttura di scaricare le tensioni, che altrimenti andrebbero a sovrap-porsi a quelle di esercizio (e magari anche a quelle di tempra). Segue un raffreddamento fino a temperatura ambiente.

Zincatura a caldo

Per il decapaggio prima della zincatura di pezzi di elevata durezza (oltre 320 HV) trattati termicamente, vengono impiegati acidi “spenti”. In alternativa il decapaggio si può eseguire anche meccanicamente. Quando richiesta, la deidrogena-zione precederà l’ immersione.

Fragilità da idrogeno

Rottura testa di vite HV zincata

….


Fosfatazione

Fra i trattamenti di fosfatazione, quella allo Zn non implica assor-bimento di idrogeno per la limi-tata acidità dei bagni.

Non così invece per quella al Mn.

Il procedimento consiste nel portare i pezzi alla temperatura di 110 °C, lasciandoli per ca. 8 h; segue il raffreddamento che li riporta a Tamb.

Lo strato fosfatico non resiste in genere a temperature oltre i 110 °C. Solo nel caso di fosfatazione Zn-Ca è possibile raggiungere i 150 °C.

Effetti analoghi si possono ottenere con una permanenza per più tempo (ca. 6 gg.) a tem-peratura ambiente.

Invecchiamento da zincatura a caldo

Richiami alla metallurgia del fenomeno

Il fenomeno dell’invecchiamento si manifesta allorché, a seguito di un incrudimento per deformazione plastica a freddo,

si riscalda l’acciaio fino a ca. 350 °C. Comporta infragilimento, con spostamento a destra

della curva di transizione della tenacità.

E’ noto dalla metallurgia che l’invecchiamento è dovuto alla diffusione degli atomi soprattutto di N - meno quelli di C e O - verso le dislocazioni,

che vengono così ancorate e bloccate, causando indurimento e infragilimento strutturale: occorre ricordare a tal proposito che al moto delle dislocazioni

è legata la possibilità del materiale di deformarsi plasticamente! Invecchiamento da zincatura

La zincatura a caldo della bullo-neria viene eseguita a tempera-tura di ca. 460 °C, condizione questa perché il processo stesso dell’invecchiamento - che a tem-peratura ambiente si sviluppe-rebbe con una evoluzione ben più lenta - venga accelerato nei materiali che sono sensibili a

questo fenomeno di degradazio-ne (acciai non calmati).

La zincatura quindi non è tanto la causa dell’invecchiamento, bensì un acceleratore, che ne favorisce il manifestarsi in un tempo di di-versi ordini di grandezza più bre-ve (pochi minuti invece che mesi!).


Rilassamento

Il rilassamento è il fenomeno per cui, o subito dopo il montaggio o successivamente, durante l’eser-cizio, si verifica un certo allenta-mento del precarico di trazione nel bullone.

Nella maggior parte dei casi si presenta ”a breve termine”, cioè appena completato l’assiemaggio del giunto, o comunque nei pri-missimi periodi di servizio, e qui

le cause sono “esterne”, e preva-lentemente meccaniche.

Si registra però anche il mani-festarsi di un ulteriore rilassa-mento, che trae questa volta origine dalla struttura “interna” del materiale. Si manifesta “a lungo termine” in pieno esercizio, e farà perdere al bullone un’altra parte dell’origina-rio carico di serraggio.

Rilassamento a breve termine Nella fase di serraggio di com-ponenti del giunto, in alcuni punti (o ristrette zone) si può giungere a snervamento, originando feno-meni di scorrimento o creep del materiale, con la grave conse-guenza di ridurre la sollecitazione inizialmente applicata(→ preca-rico). Il fenomeno, per la molteplicità delle concause che lo innescano,

fornisce valori piuttosto dispersi e può essere analizzato sperimen-talmente.

In genere il bullone rilassa rapi-damente negli istanti subito dopo il serraggio iniziale, per poi pro-seguire più lentamente nel tem-po. Ed è proprio per tale motivo che la norma prevede il controllo del serraggio dopo 12÷72 h.

Rilassamento del precarico nei bulloni


La causa più ricorrente di questo primo rilassamento è la rugosità delle superfici a contatto dei filetti di vite e madrevite, che si limi-tano a interagire tra loro solo sulle “creste”, o comunque in zone di superficie limitate. Ne consegue una concentrazione degli sforzi che induce deforma-zione plastica “locale” e ridistri-buzione, che comunque richiede

del tempo per svilupparsi e stabilizzarsi. Al fenomeno sono maggiormente soggetti i pezzi nuovi, non “rodati”, per cui nelle applicazioni di una certa criticità si possono contenere gli effetti serrando e riaprendo per alcune volte i bullo-ni, fino a ottenere una certa rego-larità, con estensione delle su-perfici a contatto.

Altre concause possono trovarsi nella geometria costruttiva, come:

diametri dei filetti troppo diversi tra loro, e conseguenti superfici di contatto ridotte rispetto a quelle previste nel progetto

accoppiamenti troppo corti flessioni secondarie sul bullone, con sovraccarico lato compresso superfici di testa e dado non parallele, con pressioni irregolari fori troppo piccoli (smussi, raccordi!) o troppo grandi (superfici, pressioni!)

Altre possono ritrovarsi in ambito operativo, come:

carichi esterni eccessivi, in grado di amplificare il fenomeno variazioni ripetute di temperatura durezza inferiore rispetto al progetto (es. per trattamenti mal riusciti) velocità di serraggio eccessiva, che influenza il coefficiente di attrito

e anche i fenomeni di scorrimento e rilassamento, i quali hanno bisogno di tempo per verificarsi e stabilizzarsi. Per l’esecuzione dei test di serraggio la norma EN 14399-2 prevede una velocità compresa tra 1 e 10 giri/min.

Nota

La vite in fase di serraggio è sottoposta anche a torsione, oltre che a trazione. La torsione tendenzialmente “dovrebbe” azzerarsi assieme alla coppia, il che però non è così immediato, specialmente nei giunti molto rigidi.

Si parla così anche di un rilassamento torsionale, che va a sovrapporsi a quello dello sforzo di trazione.

L’interazione dei vari rilassamenti può presentarsi come piuttosto complessa, e contribuisce a una dispersione degli effetti ancora maggiore.


Rilassamento a lungo termine Si sviluppa in tempi più lunghi, e i bulloni ne sono soggetti (come del resto le molle). Consiste nella caduta del carico senza che questo sia accompa-gnato da una corrispondente de-formazione del materiale (come richiederebbe invece il rispetto della legge di Hooke!).

Se dopo un certo periodo di esercizio il bullone viene scarica-to, esso non riprende la confor-mazione iniziale, ma si compor-terà piuttosto come se una parte dell’iniziale deformazione elastica si trasformasse in plastica.

L’entità del rilassamento dipende da carico, temperatura e tempo. Temperature superiori a 300 °C generano un sensibile rilassa-mento del precarico applicato, che può addirittura annullarsi. Alle temperature usuali per le normali applicazioni, i tempi di avanzamento del fenomeno non sono in genere tali da innescare apprezzabili manifestazioni di rilassamento a lungo termine, e non comportano problemi per la funzionalità del giunto.

Dati del fenomeno

La resistenza meccanica che il materiale è in grado di “esibire” a temperatura ambiente, diminuisce al crescere sia di T che del tempo di permanenza.

Come ordine di grandezza, una permanenza a 200 °C può ridurre del 15% lo snervamento, e a 300 °C può salire anche al 25%,

in funzione del tempo, e gli effetti di questa diminuzione andranno a influire sul carico di serraggio iniziale.

Ad esempio, una permanenza a 300 °C per 4 giorni, riduce il carico di serraggio del 25% in modo permanente, a causa della diminuzione dello snervamento.

.


Cedimento del bullone

Qualora l’attrito tra gli elementi del giunto risulti insufficiente, causa l’ errato serraggio o il precarico inadeguato, o per allen-tamento in seguito a vibrazioni o infine per fenomeni di corrosione,

il giunto bullonato può subire uno slittamento. Di conseguenza il bullone viene sollecitato a taglio e/o flessione secondari non previsti, e come tali potenzialmente pericolosi.

Le vibrazioni - sollecitazioni di piccola ampiezza però ripetute ciclicamente nel tempo - possono essere in grado di “liberare” l’energia elastica immagazzinata durante il serraggio e “bloccata”

allo stato “potenziale” per effetto dell’attrito. Le vibrazioni possono diventare particolarmente insidiose per i giunti sollecitati a taglio.

Piuttosto temuta è anche la pos-sibilità di cedimento per fatica, dovuto ai carichi variabili che agiscono sul bullone. La causa può risiedere nel cattivo proporzionamento del giunto, ad es. con flange di spessore trop-

po piccolo rispetto al diametro del bullone, con in più magari la presenza di una cricca sul filetto o nel raccordo con la testa, o di un difetto metallurgico, con ac-crescimento e propagazione fino alla rottura.


I nuovi sistemi unificati di bulloneria strutturale HR,HV,HRC e SB

EN 14399: Bulloneria strutturale a serraggio controllato

diametro minimo utilizzabile per bulloneria strutturale: M12 sporgenza vite da faccia esterna dado: almeno un filetto

filetti liberi oltre la faccia interna dado: almeno quattro filetti completi secondo EN 1090-2:2008

filetto a norma ISO 261; ISO 965-2; ISO 965-5

stato superficie: “grezzo” (trattato termicamente+brunito+legg.oleato) o “zincato a caldo”

Sistema HV

EN 14399-4

EN 14399-5 e 6

diametri da M12 a M36 / vite cl. 10.9, dado cl.10 testa larga collare sottotesta filetto parziale corto (lg. tratto filettato unica in base al solo diametro) altezza dado ~ 0,8 d 2 rondelle bonificate

(300÷370 HV), smussata almeno quella sotto testa

precarico al 70% del carico di rottura della vite

Sistema HR

EN 14399-3

EN 14399-5 e 6

diametri da M12 a M36 vite cl.8.8 con dado cl.8 vite cl. 10.9, dado cl.10 testa larga collare sottotesta filetto parziale ISO 888

(3 lg. tratto in base a lg. vite ≤ 125, ≤ 200, >200) altezza dado ~ 0,9 d 1 o 2 rondelle bonificate

(300÷370 HV), l’eventuale seconda sotto testa vite, smussata

precarico al 70% del carico di rottura della vite

Sistema HRC

EN 14399-10

EN 14399-5 e 6

diametri da M12 a M36 vite cl.8.8 con dado cl.8 vite cl. 10.9, dado cl.10 testa larga collare sottotesta filetto parziale lungo (3 lg. tratto in base a lg. vite) codolo a rottura calibrata altezza dado ~ 0,9 d rondella bonificata piana

o smussata precarico al 70% del

carico di rottura della vite


EN 15048: Bulloneria strutturale non a serraggio controllato

diametro minimo utilizzabile per bulloneria strutturale: M12 sporgenza vite da faccia esterna dado: almeno un filetto

filetti liberi oltre la faccia interna dado: almeno un filetto completo secondo EN 1090-2:2008

Sistema SB (structural bolting) EN 15048-1-2:2007

per applicazioni meno importanti e rischiose bulloni ugualmente certificati da unico produttore, marcatura CE

diametri per applicazioni standard: da M12 a M36 (la norma non esclude però altri diametri)

gambo a filetto totale o parziale

norma dimensionale viti ISO 4014 …. 4018 (*)

norma dimensionale dadi ISO 4032 - 4033 (*)

classe vite: 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 norma materiale (acciai al C e legati) EN ISO 898-1

resilienza min. 27 J a -20 °C per bulloni AR

classe dado: 4, 5, 6, 8, 10, 12

rondella (in genere non richiesta, ma consigliata) classe durezza: 100 HV o 200 HV; norma ISO 7091

marcatura vite e dado: classe resistenza + SB + produttore dell’ assieme

(*) Il passaggio da UNI 5337/5738 per le viti e UNI 5587/88 per i dadi a ISO comporta per talune misure una modifica della chiave (es. per M12 scende da 19 a 18 mm, e per M22 sale da 32 a 34 mm).

Fornitura bulloni

a) unico imballo, con caratteristiche determinate su ciascun lotto di fabbricazione b) viti e dadi imballati separatamente, quindi intercambiabili, con caratteristiche

funzionali determinate sul lotto esteso Le rondelle sono in genere fornite in imballi a parte. La rintracciabilità minima è di 10 anni. Le prove di trazione sono eseguite sull’assieme vite-dado senza rondelle, con forza massima almeno pari al 90% della resistenza di norma della vite (sez. resistente).

ORMA TITOLO


La geometria del bullone

La tabella seguente riporta i dati dimensionali che più interessano, li-mitatamente ad alcuni diametri dei tre sistemi HV, HR (= HRC) e SB.

M16 HV HR SB

k 10 k/d 0,63 m 13 14,5 13 16

m/d 0,8 0,9 0,8 1 s 27 24

dw 24,9 27 23 c 0,5±,1 / 0,2÷0,8 r 1,2 0,6 b 28 38

l>125 44 l>200 57

tutto filetto

b ≈ l

M24 HV HR SB

15 0,63

20 21,5 19 24 0,8 0,9 0,8 1

41 36 38 41 34,6

0,5±,1 / 0,2÷0,8 1,5 0,8

39 54 60 73 tutto filetto

b ≈ l

M30 HV HR SB

~19 0,63

24 25,6 24 30 0,8 0,9 0,8 1

50 46 46,6 50 44,6 0,5±,1 / 0,2÷0,8

2 1 44 66 72 85 tutto filetto

b ≈ l

M36 HV HR SB

~23 0,63

29 31 29 36 0,8 0,9 0,8 1

60 55 55,9 60 53,3 0,5±,1 / 0,2÷0,8

2 1 52 78 84 97 tutto filetto

b ≈ l


D.M. 14 gennaio 2008: Norme tecniche per le costruzioni (NTC)

Circolare 2 febbraio 2009: Istruzioni per l’applicazione delle NTC

Per i requisiti il nuovo Testo unico o NTC rimanda integralmente alla normativa europea, e in particolare alle varie parti della EN 14399. Da notare (tabelle estratte sottostanti) che tra i bulloni strutturali AR, anche il Testo Unico non prevede l’uso della classe 12.9.


Attraverso le novità introdotte dalla normativa europea (e dal Testo Unico)

Insieme vite-dado-rondelle

La EN 14399: “Elementi di collegamento strutturali ad alta resistenza adatti al precarico” introduce la novità di maggior rilievo nell’ambito della bulloneria.

I vari componenti vite, dado e rondella non devono più essere considerati separatamente, ma provenire dallo stesso lotto o dallo stesso lotto esteso (*) di unico produttore, autorizzato da un Ente

esterno notificato ad apporre il marchio CE sulle confezioni (e facoltativamente anche sui componenti).

I due tipi di imballi ora in commercio

1) Imballo unico contenente

vite+dado+due rondelle nei sistemi HR, HV, HRC, o vite+dado nel sistema SB, dove ogni singolo pezzo deriva da un unico lotto

k-classi previste: K1 o K2

2) Imballi separati di

viti,dadi e rondelle, tra loro intercambiabili all’interno della stessa fornitura, provenienti dallo stesso lotto esteso (*) sul quale il fornitore ha determinato le caratteristiche di serraggio

k-classi previste: solo K1

(*) ”manufacturing lot of that component that mainly influences the result of the suitability test combined with the other .

components from the same supplier chosen by a documented method”


Possono essere forniti due tipi di rondelle

1. piane semplici (EN 14399-5) 2. piane smussate (EN 14399-6)

tra loro uguali come ingombri, le seconde però con smussi interno ed esterno su una delle due facce.

rondelle semplici rondelle smussate

Regole generali di assiemaggio dei componenti sec. EN 1090-2 Il diametro nominale minimo da utilizzare per impieghi strutturali delle viti è M12, se non diver-samente stabilito nelle specifiche richieste. Nelle sezioni in parete sottile e nei profili in lamiera deve essere definito il diametro minimo per ciascuna tipologia di elemento di fissaggio. La lunghezza della vite viene scelta in modo che a fine ser-raggio siano rispettate le pre-scrizioni relative alle sporgenze della filettatura.

In particolare deve sporgere (al-meno) un filetto completo ester-namente al dado.

.


Prima di procedere con il ser-raggio completo del giunto, si de-ve controllare a mano che l’av-vitamento del dado sia scorrevole. Questo sia nel caso che i com-ponenti da assiemare proven-gano da imballi separati, sia nel caso di bulloni già preassemblati dal produttore (imballo unico). Se l’avvitamento a mano risulta difficoltoso, il bullone deve esse-re sostituito. Il dado - che in genere è rivestito per immersione - deve essere av-vitato con marcatura leggibile rivolta verso l’esterno del giunto (la rugosità della stampigliatura sarebbe inoltre in grado di influire sui valori dell’ attrito).

Marcatura dei dadi

Se non diversamente concordato con il fornitore, dadi e testa nor-mali non devono essere assolu-tamente saldati. Si deve ricorrere altrimenti ai dadi saldabili previsti per es. dalla norma DIN 929.

Dadi saldabili DIN 929

Nei collegamenti a coprigiunto semplice (→ con una sola sezio-ne resistente a taglio) a una sola fila di bulloni, si deve sempre inserire una rondella sotto la te-sta e una sotto il dado.

Le rondelle semplici sono da uti-lizzare solo sotto i dadi, mai sotto la testa, per la quale sono obbli-gatorie quelle smussate: atten-zione che lo smusso sia rivolto verso la testa! Questo per evitare possibili effetti concentrati originati dagli spigoli vivi (la durezza della rondella supera 300 HV!).

Le regole sulle modalità di serraggio del bullone

prevedono che la coppia torcente sia applicata al dado e solo quando ciò non sia possibile si può ruotare la testa della vite

(ved. più avanti le limitazioni).


Quale che sia l’elemento serrato (dado o testa), per la classe 10.9 è sempre previsto usare rondelle sia sotto il dado che sotto la testa.

Composizione del bullone cl.10.9

La sequenza di chiusura deve iniziare dalla zona più rigida del collegamento, eventualmente anche con cicli di serraggi successivi.

Esempio - La zona più rigida di una giunzione con coprigiunti di un profilo a doppio T si trova in genere al centro del gruppo di bulloni. In una flangiatura di testa dello stesso tipo di trave, è invece in prossimità delle ali.

In presenza di fori maggiorati o asolati, si devono usare appo-site piastrine, di materiale e di-mensioni adeguati, con spesso-re minimo 4 mm.

Piastrine analoghe, o in alter-nativa fino a tre rondelle (in ogni caso non si devono superare i 12 mm di pacco), si possono impiegare per arrivare al previ-sto spessore di serraggio. Si deve avere l’avvertenza di disporle dalla parte opposta a quella del componente sul quale si chiuderà a chiave (quindi in genere sotto la testa).

Quando occorra ripristinare l’orto-gonalità tra asse vite e superfici

serrate – si interviene se l’errore riscontrato è superiore a 3° per diametri fino a M20, 2° oltre - bisogna inserire piastrine incli- nate di materiale e dimensioni opportuni. La norma consiglia l’uso di rondelle anche in presenza di ri-vestimenti superficiali spessi, per evitarne o ridurne il danneggia-mento. Anche se l’ utilizzo di rondelle nei collegamenti non precaricati con fori normali non è richiesto dalla norma EN 1090-2:2008. E’ però consigliabile (o eventual-mente richiesto) disporne alme-no una, sotto l’elemento ruotato.


Collegamenti non precaricati La norma stabilisce che in questi collegamenti si deve assicurare un ampio contatto nella zona centrale tra le piastre, eventual-mente anche con l’inserimento di spessori di aggiustamento. In questo caso può essere accet-tato che i vertici siano staccati, anche fino a 4 mm. Pur non essendo precaricati, questi collegamenti si devono co-munque chiudere “a mano”, appli-cando lo sforzo che una persona normale è in grado di esercitare su chiave senza una prolunga, o

anche utilizzando una chiave a percussione (interrompendo però appena inizia il tipico “martellio”). E’ da prestare particolare atten-zione a non esagerare con il serraggio dei bulloni delle classi normali (non AR), o di quelli corti o degli M12 (che sono i bulloni strutturali più piccoli previsti). A serraggio completato, deve restare libero non meno di un filetto completo oltre il dado, dalla parte del pacco serrato (e un filetto oltre il dado come visto).

Collegamenti precaricati La coppia di chiusura, diretta-mente o indirettamente dichiarata dal fornitore, è stata testata dallo stesso serrando il dado, e quindi per coerenza è da applicare an-cora al dado quando utilizzata al montaggio. Dovendo ( ad es. per i motivi di spazio) ruotare invece la testa,

tale coppia non è attendibile e per adeguarla bisognerà fare riferimento ai criteri dell’Appendi-ce H della norma o a test in-tegrativi eseguiti dal fabbricante.

La lunghezza di serraggio da considerare nel calcolo dell’ effet- to flangia del collegamento, viene composta come in figura.


Il serraggio con precarico per norma non richiede ulteriori dis-positivi antisvitamento. Se i bulloni già precedente-mente chiusi a coppia, vengono per qualche motivo allentati, de-vono essere sostituiti con altri, senza richiudere gli stessi. Questo non riguarda però la fase di premontaggio, dove nor-malmente o non si arriva a chiu-dere con il 100% del precarico o non si riapre affatto (sono però in ogni caso da rimettere nella medesima posizione).

Prima di precaricare le flange serrando i bulloni del gruppo, bisogna verificare la compatibi-lità dei componenti e la corret-tezza dell’accoppiamento. Si può prima eseguire una chiu-sura a mano nei modi già visti per i giunti non precaricati: alla

fine il distacco ai vertici non dovrà superare i 2 mm, metten-do in atto le necessarie azioni correttive sui componenti.

Se per mancanza di spazio di manovra non è possibile agire con la coppia sul dado, si può farlo sulla testa: saranno però da prendere speciali precauzioni, in accordo con il produttore, in base al metodo di serraggio adottato (tra le quali l’inserire la rondella smussata sotto la testa ruotata!).

Alla fine del serraggio devono sporgere, dalla parte del pacco serrato, non meno di quattro filetti completi.

Particolare attenzione è da riservare infine a non alterare lo stato di lubrificazione originario e a proteggere i bulloni da umidità e agenti inquinanti. .

Elementi di fissaggio speciali

Gli elementi di fissaggio (→ fasteners) sono considerati speciali se non contemplati in normative europee o interna-zionali note. Devono essere allora ben defini-ti e anche superare i dovuti test.

Speciali elementi o particolari metodi di fissaggio devono es-sere stabiliti in accordo con le raccomandazioni del fabbricante e con le corrispondenti sezioni della EN 1090-2 (§ 8.1 ÷ 8.8).

Tra questi metodi di fissaggio rientrano ad esempio speciali fori filettati, i perni filettati, gli incollaggi ecc.

.


Il precarico secondo EN 1090-2 ed EC3

In accordo con EC3 il precarico dei bulloni a serraggio controllato viene portato per le classi 8.8 e 10.9 al 70% del carico di rottura

La norma UNI CNR 10011 lo limitava invece all’80% del valore minimo tra snervamento (o F0.2 per AR) e 70% del carico di rottu-

ra (quindi in pratica il 56% del medesimo). Mettendo a confronto il “nuovo” e il “vecchio” criterio di calcolo, si vede come ora il precarico sia incrementato del 25%, e questo è senz’altro dovuto alla maggior precisione raggiunta nella defini-zione del legame tra la coppia e il conseguente precarico.

In tabella, ripresa dalla EN 1090-2, i valori del precarico Fp,C (*).

(*) Da applicare in tutti i casi in cui non sia richiesto un valore inferiore, e in tal caso la specifica deve precisare anche assieme, metodo e parametri di serraggio, requisiti di controllo.

Idoneità degli assiemi: le prove di serraggio

La vecchia normativa prevedeva per la bulloneria strutturale gli stessi criteri di accettabilità della bulloneria normale, e le verifiche di idoneità si eseguivano separa-tamente e indipendentemente per viti, dadi e rondelle. L’assieme vite+dado+rondelle non veniva invece sottoposto a prove. Le attuali norme EN 14399-2, accanto all’ obbligo di fornire lotti omogenei fissano la prova attitu--dinale di (vite+dado+rondelle), as-

siemati, da eseguire con il dispo-sitivo e la macchina di figura, con precisione molto stretta (1%). Lo scopo è di garantire con buona attendibilità, che a fronte di una determinata coppia di serraggio, venga effettivamente raggiunto il precarico di norma, senza oltrepassarlo o portare a deformazione plastica la vite. I test sono condotti a Tamb, con velocità di serraggio compresa tra 1 e 10 giri/min.


Dispositivo e macchina per la prova di serraggio

Bloccata la testa della vite, sul banco di prova si applica una coppia di serraggio al dado, capace di farlo ruotare sulla rondella lubrificata. Analisi dei risultati

Diagramma carico assiale-rotazione dado

Per un dato spessore serrato “a”, la prova è superata se la vite non ne uscirà danneggiata, al rag-giungimento di determinati cari-

chi stabiliti dalla norma la vite, e di prefissati angoli di rotazione il dado, come esemplificato nel dia-gramma stesso.


Vengono poi determinati n coef-ficienti di torsione ki e anche il loro valore medio km, costruendo per ogni test una curva coppia-forza di serraggio. I componenti vengono sempre sostituiti all’inizio di ogni test, senza riutilizzarli (→ buona regola

da applicare sempre anche in prati-ca a causa soprattutto del deteriora-mento delle superfici di appoggio). Si calcola anche lo scarto qua-dratico medio sk e il suo coef-ficiente di variazione o indice di dispersione Vk, con le formule del riquadro sottostante.

Diagrammi coppia di serraggio-carico assiale

La bulloneria AR non evidenzia un ben definito limite di snerva-mento, che viene perciò sostituito dal limite di snervamento conven-zionale Rp0,2 (limite di deforma-

zione permanente dello 0,2% del tratto di vite precaricato lb,eff, da verificare sulla curva carico-allun-gamento con i criteri di lettura sotto schematizzati).

Diagrammi carico assiale-allungamento


Calcolo della coppia di serraggio: il fattore k

Si è già precisato che il preca-rico da generare nel bullone è l’effetto dell’applicazione di una adeguata coppia di chiusura, da introdurre quando possibile agen-do sul dado, altrimenti sulla testa della vite. La coppia di serraggio del lotto prodotto deve essere dichiarata

dal produttore, che stabilisce - in base ai criteri della EN 14399-2 sopra riportati - un fattore k, da considerare come un vero e pro-prio “fattore di rendimento della coppia”, nel senso che il ki

lega l’ “effetto” (→ precarico) alla “causa” (→ coppia) che lo ha determinato.

Coppia di serraggio

Il coefficiente ki attraverso il diametro d lega la coppia di serraggio Mr,i

con il precarico Fp,C secondo la relazione

Mr,i = ki · d · Fp,C

k-classe

La normativa ha introdotto tre cosiddette “k-classi “ di serraggio. A ognuna di esse corrispondono ben precise informazioni sul fattore k, con l’obbligo del produttore di dichiararlo.

Le k-classi sono definite in tabella, tratta dalla norma EN 14399-1.

E’ previsto che sia l’acquirente a richiedere al fornitore una tra le classi K0, K1 o K2, ed egli, in mancanza di specifica richiesta, può fornire la K0 (significativa nel caso di applicazione diretta del precarico).

Gli assiemi in classe K2 devono essere obbligatoriamente forniti solo in confezioni imballate e sigillate dal produttore (quindi non in imballi

separati) contenenti prodotti di lotti omogenei (→ EN 14399-1). .


Coefficienti di serraggio per le classi K1 e K2

K1

Viene controllato un campione di almeno 5 assemblaggi rappresenta-tivi del lotto, da cui ottenere altrettanti valori ki

ki = Mr,i / (Fp,i d) (i = 1,2,…5..)

E’ sufficiente controllare che tutti i valori siano compresi nell’intervallo

ki = 0,10÷0,16

senza verificarne la dispersione attorno al loro valor medio km. Indicazioni obbligatorie per norma: 0,10 ≤ k ≤ 0,16

Eventuali indicazioni integrative: kmin , kmax rilevati nelle prove sul lotto

k consigliato dal fornitore (*)

Mr,1 = k Fp d (**)

(*) può corrispondere al kmax dei test sul lotto o della norma (0,16) o al km (0,13) della norma

(**) il momento può anche fare riferimento ad altre specifiche direttive o norme (es. DIN 18800-7) purchè non in contrasto normativo

K2 È controllato un campione come sopra, da cui rilevare 5 o più valori

ki = Mr,i / (Fp,i d) (i = 1,2,...5..)

Si calcola quindi km, che è la media degli n valori ki così ricavati

km = ki / n con limite km = 0,10÷0,23

e si limita il corrispondente valore dell’indice di dispersione

Vk = sk /km = {(ki – km)² /(n-1)}1/2/km < 0,10

Indicazioni obbligatorie per norma: km , Vk .

Eventuali indicazioni integrative: Mr,2 = km Fp d


In figura è riportato, per la classe K2, un esempio di etichetta posta su un imballo di bulloni.

assiemati (vite+dado+rondelle smussate) immessi in commercio appartenenti allo stesso lotto

con dichiarati in maniera precisa e dettagliata i risultati delle prove

il valore di km il valore di Vk per completezza, il corrispondente valore della coppia Mr

sistema

zincato (a caldo)

bullone M 24 cl.10.9

(lg.120)

dado cl. 10

rondella smussata HV

coppia di serraggio 759 Nm

lotto n. 264902

km = 0,128

k-classe K2

Vk = 0,03

.


Taluni fornitori propongono l’imballo unico in classe K2, e, su richiesta dell’aquirente lo rendono disponibile anche in classe K1. Nel fac-simile di etichetta sotto riportato sono stampati i dati che si possono rilevare in un im-ballo unico fornito in classe K1. Oltre ai valori massimo e mini-mo di norma (nonchè medio) del ki, il produttore può dichiarare anche i risultati dei test dello specifico lotto, il che può interes-

sare quando essi non vengono mantenuti costanti nei vari lotti di produzione (ci sono fornitori che invece riescono a mantene-re costante il k per tutti i lotti). La coppia di preserraggio del metodo combinato, che il produttore può riportare sulla confezione, nel fac-simile ripro-dotto è stata posizionata al centro del campo previsto, con k = 0,13 e inoltre già ridotta al 75%, come ammesso dalla EN 1090-2:2008 al § 8.5.4.

1

numero di lotto

valori min e max del k risultanti dai test sul lotto (indicazione facoltativa)

indicazione della classe K1 della bulloneria

(un accordo a livello di produttori italiani - non seguito più di tanto! – aveva cercato di orien-tare la fornitura di bul-loneria HV solo in classe K1, e HR in sola K2)

valore della coppia da applicare con il metodo combinato (il metodo cioè previsto dalla norma) nella fa-se di preserraggio e dell’angolo di rota-zione del 2° step

(indicazione facoltativa)

limiti di norma per il k

Nota

In questo caso la coppia di preserraggio dichiarata è il 75% della coppia ottenuta dal km tra i limiti di norma (→ 0,13).


Nel caso di imballi separati dei componenti il bullone, le tre tar-ghette di viti, dadi e rondelle possono avere l’aspetto delle illustrazioni seguenti.

Su ogni targhetta sono sempre indicati i limiti di norma del k.

Il momento di serraggio è in-dicato sulla targhetta del dado (che è rivestito in superficie). Il valore della coppia è stato “scelto” dal produttore e, in

questo caso corrisponde a un k = 0,135, quindi compreso tra i limiti di norma.

Più precisamente e non in con-trasto con la norma, nel caso illustrato il valore di coppia di-chiarato viene fatto coincidere dal produttore con quello pre-visto dalla DIN 18800-7 per bulloneria zincata a caldo e lu-brificata.

Viti HV M24 cl. 10.9

Dadi M24 cl. 10 Rondelle smussate 300 HV


Importante

Le modalità di serraggio riportate nell’imballo presuppongono la rotazione del dado del bullone.

Nel caso si chiuda la testa della vite, il fabbricante può stabilire diversi parametri oppure, in accordo alla EN 1090-2 (App. H),

si possono eseguire dei test per le condizioni locali.

Le due classi a confronto E’ importante ricordare che l’utilizzatore non può in nessun caso modificare lo stato di lubrificazione della fornitura, e deve provve-dere a una corretta conservazione del prodotto.

Dal confronto fra le due classi appare evidente l’approssima-zione permessa (e prevista) dal-la norma per valori di k in classe K1 e, all’opposto, i precisi valori dichiarati invece in classe K2.

La classe K1 ammette infatti per k un valore massimo di 0,16, un valore minimo di 0,10, con una variazione massima di 0,06, quasi il 50% del valore medio. A tale “eccesso” della norma, i produttori più responsabili cer-cano di “porre rimedio” fornen-do all’utilizzatore indicazioni di serraggio più precise, così da limitare la variabilità della coppia contenuta nella norma, nei ter-mini sopra esposti. In classe K1, a fronte di una non esatta definizione della coppia si “impone” di adottare il metodo combinato coppia+angolo (ved. capitolo seguente) il quale, sta-bilendo l’angolo di serraggio finale, non comporta l’applica-zione di una coppia di serraggio ultima di ben definito valore.

Alla base della scelta dei vari produttori di “affinare” le infor-mazioni sul serraggio possono esserci filosofie diverse. Alcuni di loro preferiscono for-nire il valore massimo (del k o del momento) riscontrato nelle prove, puntando e investendo in modo particolare nella produ-zione così da ripetere in tutti i lotti il valore medio 0,13 della norma (o poco oltre), e assicu-rare un valore minimo maggiore del limite inferiore 0,10 della norma. Con tale criterio viene (e di mol-to), limitato il campo di variabi-lità del serraggio. Altri fornitori scelgono invece di dichiarare i limiti max e min dei test, impegnandosi per conte-nerne il delta. Per la coppia propongono quella di preserraggio oltre all’angolo di serraggio, basandosi sul km. Le targhette più sopra riportate evidenziano queste scelte. La classe K2 prevede per k (medio) un valore max di 0,23,


un valore min di 0,10, e quindi un campo di variabilità di 0,13.

La limitazione dell’indice di di-spersione a 0,10 comporta però una conoscenza molto più pre-cisa della coppia (dichiarata) per cui, pur essendo ammesso chiu-dere anche con il metodo com-binato, è più semplice applicare quello della coppia più avanti illustrato (tutta coppia, in due step). Dal punto di vista costi, è indub-bio e giustificato che siano mag-giori quelli della fornitura K2. Oltre che eseguire test più appro-fonditi, il produttore deve infatti

porre in atto delle scelte costruttive più “spinte”, tali cioè da contenere la dispersione di k in una banda più ristretta.

E’ di conseguenza d’obbligo realizzare una lubrificazione par-ticolare, secca, ben aderente e resistente, quindi non generica-mente a base di oli, grassi o paste, ma piuttosto di particolari rivestimenti a base di polimeri (tipo teflon, con dado immerso). Studi e ricerche (→ costi) che sono a monte rientrano nel know-how della singola azienda.

Alcuni produttori sono in grado di spingere il processo produttivo a un livello talmente integrato

che i valori di coppia ottenuti sono costanti su tutta la produzione e non solamente nel singolo lotto.

Sono presenti sul mercato prodotti con valore pressoché costante di km non solo per lo stesso diametro, ma addirittura su tutta la bulloneria

strutturale prodotta, da M12 a M36. Viene così semplificato il problema, molto sentito al montaggio, di cambiare spesso coppia di serraggio all’interno della stessa

misura di bulloni appartenenti a lotti diversi. Si realizza così anche l’intercambiabilità, limitando errori e rischi.

Forniture con queste caratteristiche – “ a rigor di norma”- devono essere marcate solo in classe K1 e quindi anche chiuse

unicamente con il metodo combinato, quindi coppia+angolo. Ma con il buon senso dei tecnici, il formalismo di tale

prescrizione può essere certamente superata.

Va sottolineato infine che la produzione di un bullone è attualmente un processo del tutto automatizzato, per il quale è ri-dotto al minimo l’intervento del-

l’ operatore, mentre l’ assiemag-gio di vite con dado e rondelle, così come richiesto in classe K2, è un’operazione manuale che grava di ulteriori costi.


Le prescrizioni della UNI CNR 10011 (superata) Le prime effettive istruzioni sul serraggio dei bulloni proposte per norma furono introdotte nella ora-mai “vecchia” UNI CNR 10011. In maniera abbastanza generica e piuttosto superficiale, si calco-lava il valore della coppia di ser-raggio fissando per il fattore k un unico valore 0,2

Mr = 0,2 · Fp,C · d

L’applicabilità era estesa indi-stintamente alle diverse situazio-ni, senza “sottilizzare” tanto tra filetto a secco e filetto lubrificato (in genere si restava in una condizione intermedia, prevedendo

una “leggera” lubrificazione).

Poi però, con una certa in-coerenza, la stessa norma distin-gueva tra passo fine e passo grosso, precisando di riferirsi a quello grosso, mentre è facile constatare come questa differen-za poteva essere ampiamente riassorbita dai notevoli margini di incertezza e approssimazione assegnati al valore di k.

I diversi trattamenti superficiali - e anche a questi la norma non faceva cenno - influiscono sul coefficiente di attrito in misura percentualmente rilevante.

Cos’è il coefficiente k

Il k più che un semplice coefficiente di attrito, è un fattore globale:

dipende infatti dall’attrito, ma anche dalla vite come geometria (angolo , passo p filetto, ddi contatto dado…) e come elasticità.

In termini di energia, quella (M) introdotta con la rotazione (unitaria) della coppia viene assorbita dall’attrito e dalla deformazione elastica secondo la ripartizione di tabella.

45-55%

lavoro di attrito

per la rotazione del dado sulla rondella

35-45%

lavoro di attrito

per il contatto tra i filetti di vite e dado

ca.10%

energia elastica

allungam.vite/dado

Mr = Fp ·

(d d/2

f f/2 cos

p/2)

Mr = Fp ·

k d

Le componenti delle azioni che agiscono tangenzialmente generano effetti secondari di torsione nella vite.


Metodi di applicazione della coppia di serraggio

In base a quanto prescrive la norma, la scelta della k-classe è legata al sistema di serraggio adottato, nel senso che classe e metodo di serraggio sono tra loro

correlati. La EN 1090-2 (da cui è tratta la tabella sottostante) fornisce la corrispondenza tra k-classe e i diversi metodi di serraggio.

È invece facoltà di ogni singolo produttore

scegliere l’abbinamento tra k-classe e sistemi HR e HV.

Metodo della coppia (→ a norma per la sola classe K2, ved. nota) La norma stabilisce di eseguire la chiusura con l’ausilio di un’ apposita chiave dinamometrica manuale o elettrica, anche se nella fase 1 del serraggio è permesso servirsi di un avvitatore a percussione. La chiusura a coppia è condotta con i due step successivi seguenti

preserraggio) 75% della coppia su tutti i bulloni serraggio finale) 110% della coppia (→1,1 Mr,2)

L’accuratezza delle chiavi di serraggio deve essere ± 4% (secondo EN ISO 6789), ed è da controllare con cadenza almeno settimanale.

Nota

La messa in opera di bulloni precaricati con il metodo della coppia “esige” che a monte ci sia una buona conoscenza del fattore k e della sua dispersione. E’ per tale motivo che nella tabella sarebbero previsti solo in classe K2, ma tale limitazione è, come già precisato, superato “in qualità” da taluni prodotti sul mercato.


Metodo combinato (→ possibile per ambedue le classi K1 e K2) Il primo step ripete quello relativo al metodo della coppia. Per semplicità, con la classe K1 è possibile assumere

Mr,1 = 0,13·d·Fp,C

come riportato nell’etichetta rap-presentata qualche pag. indietro. Eseguito il preserraggio, prima di procedere con l’altro step, si se-gna con un pennarello la po-sizione del dado rispetto alla vite.

Il secondo step è la rotazione controllata del dado (nel caso ciò non sia possibile si ruota la testa della vite nei termini visti). Partendo dalla posizione segna-ta, si ruota di un preciso angolo che è funzione dello spessore (→ rigidezza relativa!) del pacco (ved. tab. sotto, ripresa dalla norma, con angoli a gradini, non interpolati → approssimazione!).

L’accuratezza delle chiavi nella prima fase di serraggio può scendere a ± 10% con il metodo combinato, altrimenti rimane a ± 4%.

Metodo HRC

Il metodo di serraggio dei bulloni HRC prevede l’impiego di uno speciale avvitatore a coppie contrapposte, e la rottura del codolo

nella sezione calibrata di fondo gola a resistenza predefinita.


a) La bussola interna viene inserita a fondo sul codolo.

b) Si fa scorrere manualmente la bussola esterna fino a completa copertura del dado.

c) Si applica la coppia torcente sul dado, facendo ruotare la bussola esterna.

d) Quando la coppia di serraggio ha raggiunto la resistenza della sezione calibrata di fondo gola, il codolo si spezza, restando dentro la bussola.

e) Dopo aver ritratto la bussola esterna, un apposito eiettore espelle il codolo dal mandrino, poi a) recuperato e smaltito.

b) c) d) e)

Test condotti con le condizioni locali dell’utilizzatore La norma EN 1090-2 (Appen.H) offre anche un’alternativa alle modalità “standard” di applicare la coppia, basata sui risultati di test di serraggio effettuati “in sito”, quindi in cantiere o comunque sul luogo di costruzione. In particolare essa precisa le modalità del test, come ad esempio l’uso della stessa chiave che sarà poi utilizzata al montaggio, oltre a ben definiti criteri di accettabilità dei risultati ottenuti. I test possono anche essere di laboratorio, a patto che vengano ricreate le condizioni locali e di adottare lo stesso metodo di serraggio. Anche il report che documenta i test deve sottostare a precise richieste.


Serraggio delle viti non precaricate (sistema SB) Le viti non precaricate devono essere di norma serrate manua-lmente con una chiave normale (senza prolunghe) o una chiave a percussione (fermandosi all’inizio del tipico battito di “martella-mento”).

Si deve chiudere ogni bullone del gruppo, partendo dalla zona più rigida, ripassando più volte fino a ottenere uniformità di serraggio.

Bisogna fare attenzione a non eccedere con la chiusura delle piccole viti (nel senso di diame-tro, fino a M12, e lunghezza).

Controllo del serraggio Di seguito solo alcune conside-razioni, rimandando al § 12.5.2 della EN 1090-2 che fissa la % di gruppi o sottogruppi omogenei di bulloni da ispezionare in base

alla classe strutturale EXC ed i criteri di rimozione/sostituzione.

Metodo della coppia (controllo del 2°step: 5% per EXC2; 10% per EXC3 e 4)

Il controllo è da eseguire fra le 12 e le 72 h dalla chiusura, con chiave tarata, precisa al ± 4%. Lo scopo è verificare che il dado inizi a ruotare non prima 1,1 Mr,2 e che l’angolo non superi i 15°.

In caso contrario, l’intero gruppo è considerato sotto-serrato e si riapplica il 100% della coppia di montaggio ri-chiesta, controllandone anche la chiave. Non è previsto invece il controllo di un eventuale sovra-serraggio.

Metodo combinato (EXC2: 5% del 2°step; EXC3 e 4: 5% del 1°step + 10% del 2°)

a) Controllo dopo il 1° step: se il dado ruota oltre 15° con coppia 0,75 Mr,2, il serraggio del gruppo viene rifatto.

b) Controllo prima del 2° step: ripristino di eventuali contrassegni mancanti.

c) Controllo dopo il 2° step: se al con-trollo visivo delle marcature l’angolo è più di 15° inferiore al valore di norma, il

gruppo è ritenuto sotto-serrato e viene richiuso correttamente; con oltre 30° sopra il valore di norma l’intero gruppo è invece sovra-serrato e si deve sosti-tuire; per valori dell’ angolo intermedi (cioè tra -15° e +30°), si deduce che il controllo è da ritenersi compreso nei limiti di accettabilità. . .

Bulloni sistema HRC

Per questi assiemi il controllo può essere unicamente visivo, per veri-ficare il corretto distacco del codolo su ogni bullone del giunto.


Approfondimenti sul serraggio dei bulloni

Procedimento con controllo di coppia

Si tratta di un metodo semplice ed economico e per questo molto utilizzato nella pratica.

Riprendendo quanto già precisato, la coppia da applicare - ottenuta con un modello semplificato di giunto - è espressa in funzione di molteplici e non del tutto controllabili variabili che comportano imprecisione e incertez-ze del serraggio e, più significativa-mente, del precarico effettivamente raggiunto.

L’attrito sul filetto e quello sull’ap-poggio del dado rappresentano la maggior fonte di errore nei calcoli.

I motivi possono essere i seguenti:

da soli contribuiscono a formare il 90 % della coppia

sono a loro volta influenzati da tanti altri elementi quali rugosità, tolleranze di accoppiamento, trat-tamenti termici e superficiali, in-grassaggio, oltre che dalla velocità del serraggio e dai rilassamenti

il contatto di appoggio del dado non è a pressione

uniforme le grandezze geometriche valgono

con una certa tolleranza

In ambito normativo il problema si è affrontato, come visto,

“spostando” sul produttore il compito di definire il fattore globale k, prima fatto calcolare “a tavolino” all’utilizzatore o dedotto

da magari scarsamente attendibili prove di officina.

Nel sistema K2 i test del produttore devono per norma assicurare nel lotto di bulloni un attrito sufficientemente contenuto e costante,

cui consegue una buona definizione della coppia di serraggio, da cui l’applicabilità per norma.

La norma prevede poi, correttamente, di abbinare il serraggio a controllo di coppia

al sistema K2 di definizione del k.

E’ interessante notare che la coppia finale applicata

1,1 Mr,2 = 1,1 k · d (0,7 fub· As)

sollecita la vite molto a ridosso del limite di snervamento convenzionale.

Ad es. per una vite cl. 8.8 si calcola

1,1·0,7·(fyb /0,8) = 0,96 fyb


Procedimento di serraggio con coppia + angolo

Questo metodo prevede che a un preserraggio iniziale a controllo di coppia segua la chiusura finale a rotazione controllata.

Il controllo dell’angolo di rotazione è una semplice operazione “manuale” e si può senz’altro impiegare come me-todo di serraggio poichè la rotazione del dado è proprio diretta conseguen-

za dell’applicazione della coppia.

Lo “spostamento” del dado lungo l’as-se della vite (un passo o frazione a ogni giro o frazione) non va tutto in allungamento della vite stessa ma in parte comprimerà anche piastre e da-do,con ripartizione legata alla rigidez-za relativa vite-flangia (da conoscere per poter applicare questo metodo).

Nella fase iniziale (→ preserraggio) della chiusura dei bulloni (fase 0-1 della curva Fp,C - ) il legame preca-rico-rotazione è chiaramente non lineare, essendo prevalenti i feno-meni di assestamento dei vari com-ponenti del giunto, piastre in primis. L’applicazione della coppia di pre-serraggio pari al 75% di Mr, garantisce la chiusura “a pacco” delle piastre, con precarico Fp,C,i posto oltre il punto 1, quindi interno al campo elastico lineare 1-2

La successiva rotazione dell’angolo fissato dalla norma (in rapporto allo spessore delle piastre), porterà a ridosso se non oltre - del limite di snervamento 2, verso la zona plas-tica, dove la curva ha pendenza min. Le rotazioni eseguite oltre il punto 2 causano piccoli incrementi Fp del

precarico, per cui un eventuale errore di chiusura non indurrebbe sovrac-carichi eccessivi del bullone, sì sner-vato e incrudito, ma una sola volta quindi senza danneggiamento.

Lo stesso comportamento si noterà anche applicando i successivi carichi di esercizio per cui, a questo punto, per preservare il materiale incrudito risulta fondamentale accertare le caratteristiche/condizioni seguenti duttilità/tenacità del materiale, quindi curva piatta e allungata, come esito dei

test richiesti dalla norma al produttore giunto ben proporzionato, caratterizzato da limitata rigidezza relativa della vite carichi di esercizio definiti con buona attendibilità

E’ infine importante osservare che

eccedere con la coppia di serraggio (→ metodo della coppia) oltre il punto 2, è molto più pericoloso di un errore percentualm. uguale dell’angolo di rotazione

il rilassamento, anche nei confronti della torsione, riporta in ogni caso il precarico a valori inferiori


Considerazioni finali

In conclusione di quanto si è fin qui esposto, sembra più che giustificato ritenere che le nuove regole europee sulla bulloneria strutturale - già recepite in pieno anche in Italia - nella sostanza

“rivoluzionano” questo settore delle costruzioni, modificando del tutto sia le modalità di immissio-ne sul mercato, sia quelle di ser-raggio della bulloneria strutturale. . .

Un confronto con precedenti specifiche di serraggio

Analizzando una serie di specifiche di serraggio aziendali, è possibile risalire – come esempio, senza generalizzare - ai seguenti valori dei coefficienti k utilizzati per calcolare la coppia di serraggio:

per montaggio a secco o con leggera lubrificazione

k ~ 0,20

per viti lubrificate o ingrassate

k ~ 0,15

Per vite M24 cl.10.9 può essere fissata una coppia media di 850 Nm.

Secondo le nuove norme il valore di k deve invece essere compreso tra i limiti estremi

k = 0,10 ÷ 0,23

Si può in tal modo rilevare che in entrambi i casi, quelli di viti lubrificate e di viti a secco, il k previsto dalle specifiche prese in esame è relativamente più eleva-to del valore minimo attualmente ritenuto dalla norma già in grado di generare il precarico (che a sua volta è anche più elevato).

Per le viti M24 cl. 10.9 fornite oggi con le nuove regole (e che sono tra l’altro lubrificate meno pesantemente rispetto a quelle “ingrassate” delle specifiche) la coppia di serraggio risulta ad es. 759 Nm, (ved. imballo seguente) corrispondenti a ca. 90% di 850 Nm.

Facendo infatti riferimento alla coppia di 759 Nm dichiarata per HV M24 cl. 10.9, ad essa corrisponde un valore di k

k = M / (Fs ∙ d) = 759/(247∙24) = 0,128

che, correttamente, risulta quello stampato sull’etichetta.


Ricordiamo che si tratta, nel caso specifico, di bulloni aventi il solo dado trattato già dal fornitore con un particolare rivestimento lubrificante (e la cui composizione costituisce in genere know-how aziendale “gelosa-mente” custodito dal produttore).

Dal confronto dei vari dati si può dedurre quanto segue. Il valore della coppia di serraggio corrispondente ora pre-

visto dalla norma, è abbastanza più piccolo di quello delle “vecchie” specifiche prese ad esempio.

E’ realistico ritenere che quei più alti valori del serraggio, possano anche aver talora portato a snervamento i bulloni, in particolare quelli aventi una resistenza effettiva non molto superiore alla minima di norma (il che si può più facilmente verificare per le classi più alte, come la 10.9).

Si può quindi verosimilmente ritenere che i problemi di rottura dei bulloni talvolta - non spesso, fortunatamente! - riscontrati nelle costruzioni di carpenteria metallica possano essere scaturiti da un eccessivo serraggio, nei cui confronti si è ora molto meglio tutelati dalla norma.


L’attuale fase di passaggio dal vecchio al nuovo sistema Con l’entrata in vigore del Testo unico, che si è visto rimandare alla normativa europea della bulloneria, è diventato obbligatorio

produrre /fornire (→ fornitore) e montare (→ utilizzatore)

solo bulloneria strutturale a norma.

Sia la “vecchia” che la “nuova” bulloneria strutturale AR

sono marcate e designate 8.8 o 10.9. La norma sui materiali è però stata aggiornata,

Si continua perciò a designare con la stessa sigla (classe) materiali con caratteristiche meccaniche e metallurgiche migliorate,

in particolare in termini di resilienza (tenacità!) e di omogeneità della sezione trasversale (penetrazione di tempra!).

Accanto quindi a problemi di responsabilità, anche eventual-mente di tipo penale, che pos-sono insorgere utilizzando bullo-neria non a norma, altri ne pos-sono scaturire dalla molto proba-bile scopertura assicurativa che ne seguirebbe.

Come qualche primario fornitore sta comunicando ai propri clienti in questa fase solo apparen-temente transitoria (ricordiamo: le nuove norme sono entrate in vigore pienamente e a tutti gli effetti!), è qualcosa di più che una semplice “concorrenza sleale” (come in alcuni casi già stabilito dal Tribunale) quella di quei piccoli fornitori che con-tinuano “imperterriti” a consegna-

re ancor oggi bulloneria supera-ta (in genere fondi invenduti di magazzino), comunque marcata 8.8 o 10.9, a ignari acquirenti che, in buona fede e rassicurati dal marchio della classe presen-te sul prodotto, possono non rendersi conto di aver acquistato e montato formalmente (ma con buona probabilità anche sostan-zialmente) un prodotto non a norma, con tutte le conseguenze che da questo derivano.


perenthaler - bulloneria strutturale

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