L'allungamento
Un bullone è a tutti gli effetti una giunzione elastica che fornisce una forza di unione quando è sottoposto ad un carico. L'applicazione di un carico Fv genera l'allungamento Δl del bullone; la forza Fv generata è proporzionale all'allungamento Δl secondo la seguente formula:
Fv = ΔL · E · As / (Lo · 1000)
ΔL = Fv · Lo · 1000 / (As · E)Dove:
- ΔL = Allungamento
- E = Modulo elastico (210.000 N/mm² per l'acciaio)
- Lo = Lunghezza iniziale
- As = Area resistente
Esempio pratico
Bullone: M36x150 10.9 As: 786 mm² Lo: 150 mm Fv: 505 kN
ΔL = (505 kN · 150 mm · 1000) / (786 mm² · 210.000 N/mm²) = 0,45 mmAllungamento alla rottura e rotazione del dado
La percentuale di allungamento alla rottura varia in base alla classe di resistenza:
| Classe | Percentuale di allungamento |
|---|---|
| 12.9 | 8-9% |
| 10.9 | 9-10% |
| 8.8 | 12-14% |
È possibile, tramite un semplice calcolo, determinare il numero di giri (e quindi i gradi di rotazione) con cui si raggiungerà la rottura.
Esempio: Bullone M30 x 100 10.9, passo 3,5, % di allungamento 10% → allungamento di 10 mm
10mm / 3,5 = 2,8 giri → 1.028°Come si genera un allungamento controllato?
L'allungamento, e quindi la forza nel bullone, si genera fornendo un momento torcente alla vite (coppia). È possibile determinare quanti gradi di rotazione sono necessari per generare un allungamento di x millimetri.
La relazione esistente tra il precarico nel bullone e la coppia da applicare al dado è espressa attraverso la seguente formula:
Forza (N) = Coppia(Nm) · 100 / (d(mm) · k)Dove:
- d: diametro nominale della vite
- k: coefficiente globale (attrito, forma, testa) [0,12 - 0,3]
La curva di deformazione dei bulloni
La curva di deformazione dei bulloni è il principale grafico che caratterizza il comportamento del bullone e lega la coppia applicata alla sua elongazione. Si distinguono quattro fasi:
Fase 1 – Setting Torque (fase di avvicinamento): porta bullone e dado a stretto contatto. A questo punto non si provoca un allungamento sostanziale e quindi il precarico è trascurabile. È anche il punto da cui si inizia a calcolare la rotazione angolare nei casi di serraggi ad angolo e coppia+angolo.
Fase 2 – Deformazione elastica: è la fase più importante perché fornisce l'elongazione necessaria al raggiungimento della forza richiesta. Il limite è rappresentato dal Punto di Snervamento, ossia il passaggio dalla fase elastica a quella plastica. Normalmente si parla del limite 0,2% (Rp0,2), che rappresenta la forza per la quale l'allungamento permanente è lo 0,2% della lunghezza iniziale del bullone.
Fase 3 – Deformazione plastica e rottura: è la fase più critica e pericolosa perché comporta la non reversibilità dell'elongazione fino alla rottura della giunzione. Anche in caso di non rottura, la situazione rimane critica perché la giunzione non sta lavorando correttamente e si è ignari di questo stato. Se l'allungamento permanente non è eccessivo (quindi se si supera di poco il Punto di Snervamento) non si pregiudica la capacità di carico del bullone; in ogni caso un numero eccessivo di riutilizzi in queste condizioni può pregiudicare le prestazioni del bullone. La rottura è tipicamente dovuta ad errore di calcolo o all'applicazione di forze eccessive non considerate in fase progettuale.
Fase 4 – Rottura: è la fase finale, in cui avviene la rottura effettiva del bullone.
