Il bullone (dal francese boulon) è un elemento di giunzione, smontabile, tra due parti meccaniche, formato da un elemento maschio (una vite) e da un elemento femmina (dado).
Da un punto di vista della definizione in ambito tecnico, il termine bullone identifica l'accoppiata di vite e dado. Tuttavia, nel linguaggio comune e in alcuni testi tecnici del passato, non è raro che venga identificato con questo termine solo la viteVittorio Villavecchia, Nuovo dizionario di merceologia e chimica applicata, Volume 2, Hoepli editore, 1977, ISBN 9788820305291, Voce "Bulloneria", pag 385 e 386 o solo il dado.
Si distingue dal rivetto, il quale non è un collegamento smontabile.
Storia Al tempo della carpenteria prevalentemente chiodata il bullone sostituiva in alcuni casi il chiodo o il ribattino, in altri ne accompagnava l'impiego. Si usavano bulloni quando la ribaditura del chiodo appariva impossibile per mancanza di spazio, quando il rifollamento del gambo era ostacolato da un eccessivo spessore da chiodare (spessore superiore a circa 6 volte il diametro del chiodo), quando si prevedevano importanti trazioni nei gambi o quando sussisteva la prospettiva di un successivo smontaggio.
I bulloni preferiti allo scopo, in sostituzione ai chiodi in giunti stabili di strutture non secondarie, erano torniti e venivano piazzati in fori calibrati. Essendo assai limitato il gioco foro-bullone (0,2÷0,3 mm), tutti i fori dovevano essere alesati in cantiere, pratica che portava a costi superiori a quelli dei chiodi.
Bulloni normali venivano impiegati su strutture secondarie e, correntemente, per l'accostamento delle superfici dei giunti chiodati. La comparsa dei bulloni ad alta resistenza (che possono lavorare ad attrito e che possono essere montati in fori con gioco maggiore) e il perfezionamento della tecnica dei giunti ad attrito, che si è avuta in Europa fra gli anni 1953 e 1957 (le prime ricerche e applicazioni dei bulloni ad alta resistenza si ebbero negli USA intorno al 1940) hanno via via prodotto, nei cantieri, una progressiva sostituzione dei chiodi con bulloni ad alta resistenza.
Struttura Un esempio tipico di bullone è composto da un maschio costituito da una vite a testa esagonale o, più raramente, a testa cilindrica con esagono incassato (TCEI o brugola), quadrata o svasata e da una femmina corrispondente a un dado, solitamente di forma esagonale, il quale presenta un foro in cui è ricavata una filettatura complementare a quella della vite.
L'elemento maschio prevede una parte di diametro minore (gambo) che si inserisce nelle parti da giungere e presenta, ad una delle sue estremità, una parte di dimensione maggiore (testa) che serve per l'appoggio e la compressione delle parti. L'accoppiamento delle parti da congiungere avviene forando le stesse ed inserendo il maschio all'interno del foro comune alle parti, accoppiandolo poi con una femmina situata al lato opposto rispetto alla testa del maschio. I fori praticati negli oggetti da unire non devono essere filettati e devono consentire il libero scorrimento del bullone.
La filettatura della vite normalmente non è presente per tutta la lunghezza del suo gambo, poiché non ha alcuna utilità nella zona interna allo spessore delle parti, dal momento che il collegamento tra esse avviene comprimendo l'una rispetto all'altra (o alle altre). Spesso, inoltre, la vite non presenta il gambo completamente filettato per garantire una maggiore resistenza a taglio. Nella giunzione bullonata il bullone può essere assimilato ad una molla che comprime tra loro, localmente, le due superfici a contatto generando un attrito che ne impedisce lo scorrimento reciproco. Pertanto, la giunzione non è assicurata dalla presenza del bullone che impedisce il taglio, dato che il gambo del bullone non dovrebbe nemmeno toccare i lembi del foro in cui è inserito, ma è garantita dall'attrito dato dalla compressione delle parti esercitata dalla testa della vite e dal dado dalla parte opposta. Se avviene lo scorrimento fra le due superfici a contatto la giunzione è considerata distrutta.
I dati caratteristici del bullone sono il diametro e la lunghezza. Il diametro corrisponde al diametro esterno della filettatura della vite, che è lo stesso della parte cilindrica non filettata. La lunghezza è quella del gambo della vite, con l'eccezione dei bulloni a testa svasata nei quali la lunghezza comprende anche la testa.
Gli elementi costituenti Oltre il dado, l'altro elemento principale è la vite, che è costituita da tre elementi:
testa: è la parte della vite che esercita, con la faccia inferiore a contatto con il pezzo da giuntare, la forza di serraggio; la sua forma dipende, oltre che dalla forza di serraggio che si vuole esercitare, anche dal mezzo utilizzato per esercitarla e dall'ingombro della testa stessa sul pezzo. Può assumere una delle seguenti forme: esagonale o quadrata (prismatica); cilindrica con esagono incassato (del tipo brugola); svasata a tronco di cono. gambo: ha forma cilindrica e può essere parzialmente o interamente filettato. Per le viti di collegamento la filettatura usata è la metrica triangolare (generalmente a passo grosso); estremità del gambo: la sua forma, nei casi più comuni, soprattutto per i collegamenti, è smussata o bombata, così da favorire la messa in opera della vite, proteggendo il primo filetto da possibili ammaccature. dado: normalmente ha forma esagonale. A seconda dell'altezza, i dadi sono classificati in alti, normali e bassi.
Poiché le viti e i dadi sono unificati, tutte le relative caratteristiche geometriche sono rilevabili dalle tabelle UNI di riferimento. Per garantire il loro accoppiamento, le filettature della vite e del dado (la filettatura interna al dado è detta madrevite) devono essere dello stesso tipo.
Dati tecnici dei componenti Designazione viti
La designazione di una vite a testa esagonale larga ad alta resistenza per carpenteria avviene secondo il seguente schema: UNI EN 14399 M12 x 80 - 8.8 UNI EN 14399 è la norma di riferimento. La lettera iniziale indica il tipo di filettatura, in questo caso M sta per Metrica ISO. Esistono tra l'altro altre filettature triangolari come la filettatura Whitworth (es. di designazione 1/2 W dove il numero indica il diametro nominale in pollici) e la filettatura GAS (es. di designazione G 1 1/2 dove il numero indica il diametro nominale in pollici) che può essere cilindrica o conica. Il primo numero indica il diametro esterno della filettatura (che coincide con il diametro del tratto di stelo non filettato) - diametro nominale. Il secondo numero indica la lunghezza del gambo della vite (da non confondere con quello del passo del filetto, indicato per filettature a passo fine). Il terzo numero è la classe di resistenza. Nel caso di vite a passo fine si indica anche il passo della filettatura: UNI EN 14399 M12 x 1,75 x 80 - 8.8
Designazione dadi La designazione di dado esagonale largo ad alta resistenza per carpenteria avviene secondo il seguente schema: UNI EN 14399 La UNI EN 14399 è la norma di riferimento. La lettera iniziale indica il tipo di filettatura, in questo caso M sta per Metrica ISO. Il primo numero indica il diametro esterno della filettatura - diametro nominale. Il secondo numero è la classe di resistenza.
Nel caso di bullone a passo fine si indica anche il passo della filettatura: UNI EN 14399 M16 x 2,00 - 8.0
Filettatura Esistono le seguenti classi di filettatura: M2 M2.5 M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M30 M36 M42 M48
Viti esagonali metriche Oltre alle geometrie del profilo e al metodo di identificazione delle dimensioni della filettatura, le norme ISO 261 e ISO 262 indicano anche una lista di combinazioni standard per quanto riguarda le dimensioni di diametro nominale, passo della filettatura, diametro della testa, tolleranze geometriche dovute ai diversi tipi di lavorazione e altro ancora.
ISO 261, intitolata ISO general purpose metric screw threads -- General plan, è una norma che riporta uno standard internazionale che definisce una dettagliata lista di combinazioni per quanto concerne il diametro nominale e il passo della filettatura.
ISO 262, intitolata ISO general purpose metric screw threads -- Selected sizes for screws, bolts and nuts, è una norma costituita da una breve lista di dimensioni della filettatura, sottoinsieme di quelle riportate nella più generale norma ISO 261. Tale lista viene riportata di seguito:
Diametro nominaleD (mm)PassoP (mm)Testa vitePrimasceltaSecondasceltagrossofineAltezzaH (mm)Lato piatto A/F (mm)Diametro esternoA/C (mm)1 0.25 1.2 0.25 1.40.3 1.6 0.35 1.80.35 2 0.4 2.5 0.45 3 0.5 2.125 5.5 6.4 3.50.6 4 0.7 2.925 7 8.15 0.8 3.65 8 9.26 1 0.75 4.15 10 11.5 7 1 8 1.251 5.65 13 1510 1.5 1.25 or 1 7.18 17 19.612 1.751.5 or 1.258.18 19 22.1 14 2 1.5 16 2 1.5 10.18 24 27.7 18 2.5 2 or 1.5 20 2.5 2 or 1.5 13.21530 34.6 22 2.5 2 or 1.5 24 3 2 15.21536 41.6 27 3 2 30 3.5 2 19.26 50 53.1 33 3.5 2 36 4 3 23.26 55 63.5 39 4 3 42 4.5 3 45 4.5 3 48 5 3 52 5 4 56 5.5 4 60 5.5 4 64 6 4
Dadi esagonali metrici
Diametro nominaleforo D (mm)PassoP (mm)Misura piattiA/F (mm)Diametro esternoA/C (mm)Height H (mm)1ªscelta2ªsceltagrossofine Dadi esagonaliMezzi dadiDadi in Nylon1 0.25 1.2 0.25 1.40.3 1.6 0.35 1.80.35 2 0.4 4 1.61.2-2.5 0.45 5 2 1.6-3 0.5 5.56.4 2.41.84 3.50.6 4 0.7 7 8.1 3.22.255 0.8 8 9.2 4 2.756 1 0.75 10 11.55 3.26 7 1 11 5.53.5-8 1.251 13 15 6.54 810 1.5 1.25 or 1 17 19.68 5 1012 1.751.5 or 1.2519 22.110 6 12 14 2 1.5 22 11 7 1416 2 1.5 24 27.713 8 16 18 2.5 2 or 1.5 27 15 9 18.520 2.5 2 or 1.5 30 34.616 10 20 22 2.5 2 or 1.5 24 3 2 36 41.619 27 3 2 30 3.5 2 50 53.124 33 3.5 2 36 4 3 55 63.529 39 4 3 42 4.5 3 45 4.5 3 48 5 3 52 5 4 56 5.5 4 60 5.5 4 64 6 4
Bulloni normali e ad alta resistenza I bulloni normali vengono impiegati per le giunzioni a taglio, nelle quali la resistenza del giunto è affidata alla capacità di resistenza a taglio della sezione del gambo del bullone impegnate nel giunto. I bulloni ad alta resistenza vengono impiegati per le giunzioni ad attrito, nelle quali l'efficacia del giunto è affidata all'attrito prodotto dalla pretensione dovuta al momento di serraggio (precarico) a cui è sottoposto il bullone.
Sia i bulloni normali, sia quelli ad alta resistenza vengono serrati, ma solo in quelli ad alta resistenza possiamo fare affidamento sul funzionamento ad attrito fra le piastre (bulloni precaricati). In quelli normali viene fatto solo per evitare infiltrazioni d'acqua nella fessura fra le piastre (bulloni serrati).
I bulloni ad alta resistenza possono essere utilizzati anche per le giunzioni a taglio, ma in questo caso il loro impiego risulta non giustificato e antieconomico.
Ambedue i tipi di bulloni possono essere realizzati con acciaio non legato (brunito e zincato a caldo) o legato a basso o medio tenore di carbonio, ma per quelli ad alta resistenza il materiale viene sottoposto a un trattamento di tempra e rinvenimento.
Le classi di resistenza delle viti I bulloni utilizzati in carpenteria hanno viti tabellate per classi secondo la normativa UNI EN ISO 898-1:2001. Tali classi sono specificate da due numeri: il primo indica la resistenza ultima ft (espressa in MPa) diviso 100; il secondo corrisponde al rapporto tra la resistenza a snervamento fy e la resistenza ultima ft (entrambe espresse in MPa), moltiplicato per 10. Pertanto una vite di classe 4.6 ha: ft = 100x4 = 400 MPa fy = 6/10 ft = 0,6 ft = 240 MPa Si distinguono le seguenti classi con le relative proprietà meccaniche: Classe Resistenza a taglio (fk,V) Resistenza a trazione/compressione (fk,N) Resistenza a snervamento (fy) Resistenza ultima (ft) Allungamento % (A%) 4.6 170 MPa 240 MPa 240 MPa 400 MPa 22 5.6 212 MPa 300 MPa 300 MPa 500 MPa 20 6.8 255 MPa 360 MPa 480 MPa 600 MPa 16 8.8 396 MPa 560 MPa 640 MPa 800 MPa 12 10.9 495 MPa 700 MPa 900 MPa 1000 MPa 9 12.9 594 MPa 840 MPa 1080 MPa 1200 MPa 8