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Il bullone (dal francese boulon[2]) 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 vite[3][4][5] o solo il dado[6].
Si distingue dal rivetto, il quale non è un collegamento smontabile.
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.
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.[2][6]
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.
Oltre il dado, l'altro elemento principale è la vite, che è costituita da tre elementi:
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.
La designazione di una vite a testa esagonale larga ad alta resistenza per carpenteria avviene secondo il seguente schema:
Nel caso di vite a passo fine si indica anche il passo della filettatura:
La designazione di dado esagonale largo ad alta resistenza per carpenteria avviene secondo il seguente schema:
Nel caso di bullone a passo fine si indica anche il passo della filettatura:
Esistono le seguenti classi di filettatura:
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.[7]
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.[8] Tale lista viene riportata di seguito:
| Diametro nominale D (mm) |
Passo P (mm) |
Testa vite | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Prima scelta | Seconda scelta | grosso | fine | Altezza H (mm) | Lato piatto A/F (mm) | Diametro esterno A/C (mm) |
| 1 | 0.25 | |||||
| 1.2 | 0.25 | |||||
| 1.4 | 0.3 | |||||
| 1.6 | 0.35 | |||||
| 1.8 | 0.35 | |||||
| 2 | 0.4 | |||||
| 2.5 | 0.45 | |||||
| 3 | 0.5 | 2.125 | 5.5 | 6.4 | ||
| 3.5 | 0.6 | |||||
| 4 | 0.7 | 2.925 | 7 | 8.1 | ||
| 5 | 0.8 | 3.65 | 8 | 9.2 | ||
| 6 | 1 | 0.75 | 4.15 | 10 | 11.5 | |
| 7 | 1 | |||||
| 8 | 1.25 | 1 | 5.65 | 13 | 15 | |
| 10 | 1.5 | 1.25 or 1 | 7.18 | 17 | 19.6 | |
| 12 | 1.75 | 1.5 or 1.25 | 8.18 | 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 | 13.215 | 30 | 34.6 | |
| 22 | 2.5 | 2 or 1.5 | ||||
| 24 | 3 | 2 | 15.215 | 36 | 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 | ||||
| Diametro nominale foro D (mm) |
Passo P (mm) |
Misura piatti A/F (mm) |
Diametro esterno A/C (mm) |
Height H (mm) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1ª scelta | 2ª scelta | grosso | fine | Dadi esagonali | Mezzi dadi | Dadi in Nylon | ||
| 1 | 0.25 | |||||||
| 1.2 | 0.25 | |||||||
| 1.4 | 0.3 | |||||||
| 1.6 | 0.35 | |||||||
| 1.8 | 0.35 | |||||||
| 2 | 0.4 | 4 | 1.6 | 1.2 | - | |||
| 2.5 | 0.45 | 5 | 2 | 1.6 | - | |||
| 3 | 0.5 | 5.5 | 6.4 | 2.4 | 1.8 | 4 | ||
| 3.5 | 0.6 | |||||||
| 4 | 0.7 | 7 | 8.1 | 3.2 | 2.2 | 5 | ||
| 5 | 0.8 | 8 | 9.2 | 4 | 2.7 | 5 | ||
| 6 | 1 | 0.75 | 10 | 11.5 | 5 | 3.2 | 6 | |
| 7 | 1 | 11 | 5.5 | 3.5 | - | |||
| 8 | 1.25 | 1 | 13 | 15 | 6.5 | 4 | 8 | |
| 10 | 1.5 | 1.25 or 1 | 17 | 19.6 | 8 | 5 | 10 | |
| 12 | 1.75 | 1.5 or 1.25 | 19 | 22.1 | 10 | 6 | 12 | |
| 14 | 2 | 1.5 | 22 | 11 | 7 | 14 | ||
| 16 | 2 | 1.5 | 24 | 27.7 | 13 | 8 | 16 | |
| 18 | 2.5 | 2 or 1.5 | 27 | 15 | 9 | 18.5 | ||
| 20 | 2.5 | 2 or 1.5 | 30 | 34.6 | 16 | 10 | 20 | |
| 22 | 2.5 | 2 or 1.5 | ||||||
| 24 | 3 | 2 | 36 | 41.6 | 19 | |||
| 27 | 3 | 2 | ||||||
| 30 | 3.5 | 2 | 50 | 53.1 | 24 | |||
| 33 | 3.5 | 2 | ||||||
| 36 | 4 | 3 | 55 | 63.5 | 29 | |||
| 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 | ||||||
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.
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:
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 |
Questi valori caratteristici andranno divisi per un coefficiente di modello e uno di sicurezza del materiale per i calcoli di progetto.
Le classi 8.8, 10.9 e 12.9 sono dette ad alta resistenza mentre le classi precedenti sono dette normali.
I bulloni utilizzati in carpenteria hanno dadi tabellati per classi secondo la normativa UNI EN ISO 898-2. Tali classi sono specificate da un numero indicante la minima resistenza di prova (espressa in MPa) diviso 100.
Pertanto, un bullone di classe 10.0 ha:
Questa resistenza di prova è pari alla resistenza a trazione minima di un bullone che, accoppiato con il corrispondente dado, viene sollecitato fino al carico di rottura ammissibile del bullone.
Per qualsiasi tipo di giunzione bullonata le viti e i dadi devono essere associati come riportato nel seguente prospetto:
| normali | ad alta resistenza | |
| vite | 4.6 5.6 6.8 | 8.8 10.9 12.9 |
| dado | 4.0 5.0 6.0 | 8.0 10.0 12.0 |
Nota la coppia di serraggio corrispondente al diametro del bullone, al passo della sua filettatura e alla qualità dell'acciaio di cui è costituito, è possibile effettuare il serraggio del bullone. Il serraggio può essere manuale con chiave dinamometrica o con chiave pneumatica a impulsi. Nel primo caso è possibile operare:
Tali chiavi hanno l'inconveniente di essere molto ingombranti. Nel caso di chiavi pneumatiche, il serraggio è ottenibile:
Il bullone è molto utile ogni qual volta si desideri unire due o più parti (studiate per questo tipo d'assemblaggio) tra loro, invece che utilizzare la saldatura o il metodo ad incastro. Questo tipo d'unione permette di smontare e rimontare velocemente (a differenza della saldatura) i componenti senza che questi si rovinino, cosa probabile con il metodo a incastro.
Il bullone può essere corredato o meno da dispositivi ausiliari, atti solitamente a impedirne lo svitamento. Questi dispositivi possono essere controdadi, rondelle, piastrine d'arresto, rosette elastiche, spine e copiglie, o semplicemente adottando un dado autobloccante o un frenafiletti.
Quando un collegamento bullonato è soggetto a carichi variabili o vibrazioni, le viti tendono a ruotare e quindi il collegamento tende ad allentarsi.
Per evitare questo problema si possono utilizzare i seguenti accorgimenti:
I bulloni, essendo materiali da costruzione, rientrano nelle disposizioni della Direttiva 89/106/CEE e pertanto devono essere soggetti a marcatura CE.
La norma armonizzata UNI EN 14399-1 recepisce i contenuti della Direttiva 89/106/CEE e specifica i requisiti generali per la bulloneria strutturale ad alta resistenza a serraggio controllato.
Pertanto i bulloni devono riportare le seguenti marcature, per rilievo o per incisione, nel rispetto anche della UNI EN ISO 898:
Solo gli elementi di fissaggio marcati conformemente possiedono le caratteristiche previste dalla norma.
Per i bulloni inox, secondo la UNI EN ISO 3506, va aggiunta anche la marcatura della qualità dell'acciaio secondo le seguenti sigle:
Nel caso di bulloni inox, la classe di resistenza (con riferimento allo stato metallurgico) è indicata da un numero pari a 1/10 del carico unitario di rottura (in MPa) e precisamente:
Pertanto, un bullone con marcatura A1 50 è un bullone in acciaio inox del gruppo austenititico che ha subito un trattamento di addolcimento e che ha un carico unitario a rottura pari a 500 MPa.
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