Le unioni bullonate trasferiscono le sollecitazioni tra gli elementi metallici di un ponte ferroviario e devono quindi essere considerate componenti strutturali di sicurezza. Il Capitolato RFI disciplina classi di viti e dadi, diametri, tolleranze foro-bullone, coefficiente K, precarichi, preparazione delle superfici, metodi di serraggio e controlli in opera. L’articolo distingue giunti a taglio e ad attrito, illustra le verifiche sul 20% degli assiemi e chiarisce quando estendere il controllo all’intero giunto. Questo articolo pubblicato su  INGENIO offre così a progettisti, Direttori dei Lavori, imprese e tecnici di laboratorio una lettura operativa e documentata dei requisiti applicabili alle opere ferroviarie EXC3 ed EXC4.

Dopo il materiale, il giunto

Il giunto bullonato è l'anello attraverso cui gli sforzi passano da un elemento all'altro, ed è anche uno dei punti in cui il Capitolato Generale Tecnico di Appalto delle Opere Civili di RFI (Parte II – Sezione 6) concentra prescrizioni fitte e molto operative: classi e marcatura della bulloneria, precarichi, metodi di serraggio, criteri di controllo. Secondo dei quattro contributi della serie dedicata alla qualità nelle opere metalliche ferroviarie, dopo quello sui materiali degli elementi principali.

Il perimetro è quello delle giunzioni principali delle opere in classe di esecuzione EXC3 ed EXC4: per la bulloneria delle giunzioni di opere in EXC2 e degli elementi secondari delle opere in EXC3/EXC4 il capitolato rimanda al DM 17.01.2018. Come nel primo articolo la fonte è una sola, il testo del capitolato: quello che segue è il quadro dei requisiti che un tecnico o un Direttore dei Lavori deve conoscere e pretendere.

Quale bulloneria: assiemi ad alta resistenza e classi per tipo di giunto

Per le giunzioni principali il capitolato ammette unicamente bulloneria “ad alta resistenza”: viti secondo UNI EN 14399-4 e UNI EN 14399-3, dadi secondo UNI EN 14399-4, rondelle secondo UNI EN 14399-6, piastrine secondo UNI 5715 e UNI 5716 – rispettivamente per l'appoggio sulle ali inclinate delle travi IPN (14%) e UPN (8%). La classe si seleziona in funzione del giunto:

• giunti con bulloni a taglio: viti di classe 8.8 o 10.9, con dadi rispettivamente di classe 8 o 10;
• giunti con bulloni ad attrito: viti di classe 10.9 con dadi di classe 10.

Due prescrizioni meritano attenzione particolare.

La prima: se in un giunto a taglio si impiegano viti 10.9, queste vanno dimensionate come se fossero di classe 8.8 – una riserva di sicurezza sul componente.

La seconda è un divieto secco: nelle opere in classe EXC3 ed EXC4 non è ammesso l'impiego di bulloni zincati.

Completano il quadro le tolleranze dimensionali (non superiori al grado A della UNI EN ISO 4759-1), la durezza di rondelle e piastrine in acciaio temprato e rinvenuto (300–370 HV) e la gamma dei diametri ammessi: 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 e 27 mm.

Marcatura, imballaggio e coefficiente K: la tracciabilità comincia dal contenitore

Marcatura della bulloneria: produttore, classe, sistema HR o HV e lotto

Viti, dadi e rondelle devono riportare marchio del produttore, classe di resistenza, sistema di assieme (HR o HV) e un codice alfanumerico che garantisca la rintracciabilità sulla base delle registrazioni di produzione e controllo.

Imballaggio sigillato e lubrificazione: perché il cartone non è ammesso

Meno ovvia, e altrettanto vincolante, è la prescrizione sull'imballaggio: la bulloneria va fornita in robusti contenitori di legno o metallo – il cartone è esplicitamente escluso – sigillati secondo la UNI EN 14399-1 e protetti fino all'impiego, per non alterare le condizioni di lubrificazione da cui dipende il coefficiente K.

Il senso tecnico è questo: la relazione tra coppia applicata e precarico ottenuto passa per il coefficiente K dell'assieme.

Se la lubrificazione di fabbrica si degrada, la stessa coppia produce un precarico diverso – e il serraggio “a norma” diventa un'illusione.

Per questo sul cartellino di ogni contenitore devono comparire, oltre a marcatura CE e lotto, la K-class e il valore in Nm della coppia di serraggio (o coppia più rotazione); e per questo, nell'ambito della stessa opera, i valori di K (K1 o K2) devono essere tali che la coppia — o la coppia più rotazione — sia la stessa per ciascun diametro; per la stessa parte d'opera il capitolato chiede che K e coppia di serraggio siano univoci per ciascun diametro e per tipologia di accoppiamento, attrito o taglio.

Il capitolato guarda anche alla manutenzione futura: in punti facilmente accessibili va posta una tabella in acciaio inox con coefficiente K, coppia di serraggio ed eventuale dispositivo antisvitamento – nei ponti ferroviari, in corrispondenza di una delle testate.

Giunti a taglio e giunti ad attrito: due filosofie, due serie di regole

Il capitolato ammette due procedimenti, con tolleranze foro-bullone nettamente diverse:

• bulloni a taglio con accoppiamento di precisione: gioco foro-bullone, comprensivo delle tolleranze, non superiore a 0,3 mm per diametri fino a 20 mm e a 0,5 mm oltre;
• bulloni ad attrito: coefficiente d'attrito pari a 0,3, con superfici delle giunzioni sabbiate al grado Sa 2½ della UNI EN ISO 8501-1 – che il capitolato chiama «metallo bianco», mentre nella scala della norma Sa 2½ è il metallo quasi bianco e il metallo bianco è il grado superiore Sa 3 – e protette fino al serraggio; gioco foro-bullone non superiore a 1 mm per Ø ≤ 20 mm e a 1,5 mm oltre.

Protezione delle superfici di attrito fino al serraggio in cantiere

Per i giunti ad attrito la superficie è parte strutturale del giunto: le superfici sabbiate vanno protette con pellicole o altri mezzi che ne preservino la pulizia fino all'accoppiamento in cantiere; in alternativa, previa autorizzazione delle FERROVIE – termine con cui il capitolato indica la stazione appaltante, cioè RFI S.p.A. o chi agisce in suo nome e per suo conto, Direzione Lavori e Alta Sorveglianza comprese – si possono impiegare prodotti applicati in officina (ad esempio zincanti inorganici) purché documentati quanto al coefficiente d'attrito garantito.

Regole di montaggio: rondelle, orientamento dei bulloni e marcature visibili

Sono poi fissate regole di montaggio precise: bulloni ad asse verticale montati con la testa verso l'alto, una rosetta sotto la testa della vite (smusso verso la testa) e una rosetta sotto il dado (smusso verso il dado), dadi assemblati con la marcatura visibile per il controllo dopo il montaggio, scostamento massimo di 1° dall'ortogonalità fra asse del bullone e superficie bullonata, nessuna ovalizzazione dei fori (in caso, alesatura a diametro superiore e sostituzione dei bulloni). Sulla stessa struttura possono convivere giunti a taglio e ad attrito, purché identificabili a vista e distinti nei disegni con le rispettive lavorazioni dei fori.

Precarico e metodi di serraggio: i numeri di riferimento

Precarico al 100% o all’80%: quando è ammessa la riduzione

Conviene precisare subito a quali giunti si applichino questi numeri.

Per i giunti a taglio il capitolato distingue:

• bulloni soggetti anche a carico assiale, da serrare al 100% del valore che garantisce i precarichi di riferimento;
• bulloni soggetti unicamente a taglio, per i quali è ammessa una riduzione all'80% purché sia adottato un provvedimento antisvitamento approvato dalle FERROVIE.

Diametro 30 mm: discrepanza tra tabella e diametri ammessi

La tabella che segue è quella che il capitolato intitola «tabella di riferimento per il serraggio dei bulloni a taglio» e vale per i soli giunti a taglio: alle giunzioni ad attrito il capitolato non la applica, prescrivendo invece che tutti i bulloni siano accuratamente serrati in accordo al paragrafo 4.2.8 del DM 17.01.2018 e alla relativa circolare applicativa, cioè al precarico Fp,C delle NTC, che per la stessa vite risulta più alto.

Precarichi Ns per diametro e classe della vite

Chiarito il perimetro, la Tabella 6.6.6.2.1 fissa i precarichi Ns per diametro e classe:

La tabella del capitolato riporta anche una riga per il Ø 30, diametro che però non compare fra quelli ammessi al par. 6.6.6.1.

Quanto all'esecuzione, il serraggio va condotto di regola per rotazione del dado, procedendo dalla parte più rigida della giunzione verso la meno rigida – potendo servire più cicli per uniformare il precarico. I metodi previsti sono due.

Metodo della coppia: due fasi e precisione delle chiavi al ±4%

Il metodo della coppia: prima fase al 75% circa della coppia richiesta, da completare su tutti gli assiemi del giunto, poi seconda fase al 100%; le chiavi torsiometriche impiegate in ogni fase devono garantire un'accuratezza del ±4%, con verifica almeno settimanale e, per le chiavi pneumatiche, a ogni variazione della lunghezza della vite.

Metodo combinato: coppia iniziale e rotazione controllata del dado

Il metodo combinato: prima fase al 75% della coppia – qui è ammessa un'accuratezza del ±10%, con controllo annuale – poi rotazione aggiuntiva del dado nella misura indicata dal produttore, con la posizione relativa dado-vite contrassegnata con pennarello indelebile a fine prima fase, così da rendere verificabile la rotazione finale.

In entrambi i casi la chiave va ricontrollata dopo ogni incidente d'uso, per esempio una caduta o un sovraccarico.

Assiemi allentati dopo il precarico: quando devono essere sostituiti

Vale infine una regola netta: se un assieme serrato al precarico viene per qualsiasi motivo allentato, di regola va rimosso e l'intero assieme vite-dado-rondelle sostituito. Ne discende l'obbligo, in approvvigionamento, di una scorta adeguata di bulloni anche per le prove di serraggio.

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L'articolo continua con la trattazione di:

• Come si controlla il serraggio in opera
  
• Che cosa si prova, e su quanti pezzi

I riferimenti normativi essenziali
• Capitolato Generale Tecnico di Appalto delle Opere Civili RFI – Parte II, Sezione 6 (Codifica RFI DTC SI PS SP IFS 001 I)
• Serie UNI EN 14399 (parti 1, 3, 4, 6, 10): assiemi di bulloneria strutturale ad alta resistenza da precarico
• UNI EN 1090-2: esecuzione delle strutture di acciaio – classi di esecuzione da EXC1 a EXC4 e serraggio dei bulloni precaricati
• UNI EN ISO 4759-1: tolleranze della bulloneria
• EN ISO 898-1 e 2: caratteristiche meccaniche di viti e dadi
• UNI EN 15048-1: bulloneria strutturale non a serraggio controllato – requisiti generali (è la norma richiamata dal capitolato per le prove di trazione sull'assieme; il metodo di prova sta nella parte 2, «Idoneità all'impiego»)
• EN 10204: documenti di controllo (certificato 3.1)
• DM 17.01.2018 (NTC): giunzioni di opere EXC2 ed elementi secondari di opere EXC3/EXC4; par. 4.2.8 del DM e Circolare 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP.: serraggio delle giunzioni ad attrito

Checklist operativa per il tecnico e il DL

• Verificare che la bulloneria sia ad alta resistenza secondo EN 14399 e che la classe corrisponda al tipo di giunto (8.8/10.9 a taglio, 10.9 ad attrito)
• Rifiutare bulloni zincati nelle opere EXC3/EXC4 e verificare i diametri ammessi (12–27 mm)
• Controllare contenitori sigillati (legno o metallo), cartellino completo di K-class e coppia in Nm, coerenza dei K per diametro nell'opera
• Esigere il certificato 3.1 e le prove di accettazione per colata (due serie di campioni in laboratorio accreditato)
• Per i giunti ad attrito: superfici sabbiate al grado Sa 2½ (metallo quasi bianco) protette fino all'accoppiamento, oppure trattamenti autorizzati con coefficiente d'attrito documentato
• Verificare il serraggio: metodo dichiarato, sequenza dal rigido al meno rigido, controllo con chiave dinamometrica ±4% su almeno il 20% dei bulloni
• Verificare il livello di precarico richiesto per ciascun giunto: 100% dei valori Ns di tabella per i bulloni soggetti anche a carico assiale, 80% ammesso solo per i bulloni soggetti unicamente a taglio e solo con dispositivo antisvitamento approvato
• Ricordare la regola dell'assieme allentato: di regola si sostituisce l'intero assieme vite-dado-rondelle, non lo si riserra

FAQ – Le domande dei tecnici sulle unioni bullonate

Posso usare bulloni zincati su un ponte ferroviario?

No, se l'opera è in classe di esecuzione EXC3 o EXC4: il capitolato lo vieta espressamente. La protezione delle parti esterne dei bulloni avviene nell'ambito del ciclo di verniciatura, previa spazzolatura e sgrassaggio con solventi compatibili.

Che differenza c'è tra serrare al 100% e all'80% del precarico?

Il serraggio al 100% dei precarichi di riferimento è dovuto per i bulloni soggetti anche a carico assiale. Per quelli soggetti unicamente a taglio è ammessa la riduzione all'80%, ma solo adottando un dispositivo antisvitamento approvato dalle FERROVIE.

Perché il capitolato insiste tanto sull'imballaggio dei bulloni?

Perché la lubrificazione di fabbrica determina il coefficiente K, cioè la relazione tra coppia applicata e precarico ottenuto. Contenitori non idonei o aperti alterano K: la stessa coppia produce un precarico diverso da quello di progetto.

Quanti bulloni devo controllare dopo il serraggio?

Almeno il 20% dei bulloni di ciascun giunto, scelti in modo da interessare tutta l'estensione del giunto, con chiave dinamometrica di precisione ±4%; è la scelta della giunzione da sottoporre a controllo, invece, a dover essere casuale e rappresentativa. Se anche un solo bullone risulta non conforme, il controllo si estende al 100% del giunto.

Un bullone serrato e poi allentato si può riutilizzare?

No: l'intero assieme vite-dado-rondelle va rimosso e sostituito. È anche il motivo per cui il capitolato impone una scorta adeguata di bulloni per le prove di serraggio.

Come si verifica il serraggio eseguito col metodo della coppia?

Marcando dado, vite e lamiera, allentando il dado di almeno 60° e riserrandolo con la coppia prescritta: il dado deve tornare alla posizione originaria. Uno scarto oltre −15° indica sovraserraggio e impone la prova di tutti i bulloni del giunto, con sostituzione di quelli non conformi; uno scarto oltre +15° indica sottoserraggio e impone invece di riportare al corretto serraggio tutti i bulloni del giunto.