Calcolare Le Resistenze Di Calcolo Sui Bulloni

Calcola le resistenze di progetto per bulloni secondo Eurocodice 3 (EN 1993-1-8)

Guida Completa al Calcolo delle Resistenze dei Bulloni secondo Eurocodice 3

Il calcolo delle resistenze di progetto dei bulloni è un aspetto fondamentale nella progettazione delle strutture in acciaio. Secondo l’Eurocodice 3 (EN 1993-1-8), le resistenze dei bulloni devono essere determinate considerando diversi meccanismi di collasso, tra cui trazione, taglio, rifollamento e scorrimento.

1. Resistenza a Trazione (F_t,Rd)

La resistenza a trazione di un bullone è data dalla formula:

F_t,Rd = 0.9 × f_ub × A_s / γ_M2

• f_ub: Resistenza ultima a trazione del bullone (dipende dalla classe)
• A_s: Area resistente del bullone (A_s = (π/4) × (d – 0.9382 × p)² per filettatura ISO)
• γ_M2: Coefficiente parziale di sicurezza (1.25 per bulloni)

Valori di f_ub per diverse classi di bulloni (N/mm²)

Classe bullone	fub (N/mm²)	fyb (N/mm²)
4.6	400	240
5.6	500	300
6.8	600	480
8.8	800	640
10.9	1000	900
12.9	1200	1080

2. Resistenza a Taglio (F_v,Rd)

La resistenza a taglio dipende dal fatto che la sezione di taglio interessi o meno la parte filettata:

F_v,Rd = α_v × f_ub × A / γ_M2

• α_v: 0.6 per bulloni di classe 4.6, 5.6, 8.8; 0.5 per classe 6.8, 10.9
• A: Area della sezione resistente (A per filettatura non in sezione di taglio, A_s altrimenti)

3. Resistenza a Rifollamento (F_b,Rd)

La resistenza a rifollamento dipende dallo spessore della piastra e dalla resistenza dell’acciaio:

F_b,Rd = k₁ × α_b × f_u × d × t / γ_M2

• k₁: 2.5 per bordi normali, 2.0 per bordi lavorati a macchina
• α_b: min(e₁/3d, p₁/3d – 0.25, f_ub/f_u, 1.0)
• f_u: Resistenza ultima dell’acciaio della piastra
• d: Diametro del bullone
• t: Spessore della piastra

4. Resistenza a Scorrimento (F_s,Rd)

Per giunzioni ad attrito (bulloni ad alta resistenza serrati), la resistenza è:

F_s,Rd = k_s × n × μ × F_p,C / γ_M3

• k_s: 1.0 per fori standard, 0.85 per fori sovradimensionati
• n: Numero di superfici di attrito
• μ: Coefficiente di attrito (0.5 per superfici sabbiate, 0.4 altrimenti)
• F_p,C: Forza di precarico (0.7 × f_ub × A_s)
• γ_M3: 1.25

5. Interazione Trazione-Taglio

Quando un bullone è soggetto sia a trazione che a taglio, deve essere verificata la seguente condizione:

(F_v,Ed/F_v,Rd)² + (F_t,Ed/F_t,Rd)² ≤ 1.0

Confronto tra diversi tipi di bulloni in applicazioni strutturali

Parametro	Bulloni 8.8	Bulloni 10.9	Bulloni 12.9
Resistenza ultima (N/mm²)	800	1000	1200
Resistenza snervamento (N/mm²)	640	900	1080
Costo relativo	1.0	1.3	1.8
Applicazioni tipiche	Strutture generali	Giunzioni critiche	Applicazioni ad alte prestazioni
Disponibilità	Alta	Media	Bassa

6. Considerazioni Pratiche

1. Serraggio controllato: Per bulloni ad alta resistenza, è essenziale garantire il corretto serraggio per sviluppare la forza di precarico richiesta.
2. Corrosione: In ambienti aggressivi, considerare bulloni in acciaio inox o con trattamenti superficiali.
3. Tolleranze: I fori sovradimensionati riducono la resistenza a scorrimento del 15%.
4. Ispezione: Le giunzioni bullonate critiche devono essere ispezionate regolarmente per verificare l’integrità del serraggio.

Fonti Autorevoli

Per approfondimenti tecnici, consultare:

• Eurocode 3: Design of steel structures – EN 1993-1-8 (Commissione Europea)
• Steel Construction Institute – Bolted Connections Guide (UK)
• FHWA High-Strength Bolting Guide (Dipartimento dei Trasporti USA)

7. Errori Comuni da Evitare

• Sottostimare le distanze: Non rispettare le distanze minime dai bordi (e₁ ≥ 1.2d) o tra i bulloni (p₁ ≥ 2.2d) può portare a rotture premature.
• Ignorare la filettatura: Non considerare se la sezione di taglio include la filettatura può portare a sovrastime pericolose della resistenza.
• Serraggio insufficienti: Bulloni non sufficientemente serrati perdono fino al 50% della resistenza a scorrimento.
• Materiali incompatibili: Accoppiamenti tra acciai galvanizzati e inox possono causare corrosione galvanica.
• Calcoli manuali approssimati: L’uso di tabelle approssimate invece delle formule precise può portare a errori fino al 15%.

8. Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo un bullone M20 classe 8.8 in una piastra S355 spessa 15mm:

1. Resistenza a trazione:
   • A_s = 245 mm² (per M20)
   • f_ub = 800 N/mm²
   • F_t,Rd = 0.9 × 800 × 245 / 1.25 = 141.12 kN
2. Resistenza a taglio (filettatura non in sezione di taglio):
   • A = 314 mm²
   • α_v = 0.6
   • F_v,Rd = 0.6 × 800 × 314 / 1.25 = 120.96 kN
3. Resistenza a rifollamento:
   • f_u = 490 N/mm² (S355)
   • k₁ = 2.5
   • α_b = min(1.0, …) = 0.83
   • F_b,Rd = 2.5 × 0.83 × 490 × 20 × 15 / 1.25 = 246.48 kN

9. Normative di Riferimento

• UNI EN 1993-1-8: Progettazione delle giunzioni
• UNI EN 1090-2: Esecuzione delle strutture in acciaio
• UNI EN ISO 898-1: Proprietà meccaniche dei bulloni
• UNI EN 20898-2: Metodi di prova per bulloni ad alta resistenza

10. Software e Strumenti Utili

Per progetti complessi, si consiglia l’uso di software specializzati:

• IDEAS Static: Analisi avanzata delle giunzioni bullonate
• SCIA Engineer: Modulo specifico per connessioni in acciaio
• Tekla Structures: Progettazione BIM con verifica automatica dei bulloni
• Mathcad: Per calcoli personalizzati con tracciabilità