WO2020049196A1 - Sistema de fijación de módulos constructivos - Google Patents

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WO2020049196A1
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pair
bolts
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Luis Manuel GARCIA CASTRO
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Garcia Castro Luis Manuel
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Definitions

  • the present invention relates to a system for fixing constructive modules. More specifically, the invention provides a fixing system based on fixing devices for the assembly of self-supporting modular elements or three-dimensional construction modules for the construction of buildings of any use, for example houses, offices, industrial buildings, bridges, complex lattices, dams and the like, as well as for fixing and joining simple slabs, pillars, etc.
  • the fixing system of the invention allows the assembly of constructive modules both in height and laterally in a simple and reproducible way, such devices being fixed in concrete and standardized positions of said modules, which allows to automate the construction from them.
  • the design of the fixing devices of the invention allows their use for construction in areas of seismic risk, since their configuration avoiding the use of rigid plates allows the building modules to which they are applied to withstand vibrations and flexions that usually occur on these fixings of the modules during this type of event.
  • the fixing devices of the invention free of rigid fixing plates, are formed in a first configuration for integration into the faces of the construction modules for vertical assembly and horizontal extension, and a second configuration for integration in the corners of the modules.
  • document ES201100177 describes fixings of this type, using stiffeners provided in the structure of the upper module, which by cutting the wing of the corresponding beam, form housings for the location and positioning of elements provided in the roof structure of the lower module, the connection being materialized by means of a pin housed in through holes bored and provided in the positioning elements.
  • stiffening elements also collaborate in said union, coinciding with the position of the corresponding supports or pillars.
  • document ES 2362514 describes a flexible connection element for buildings intended to be disposed between adjoining parts of said construction to transmit vertical or horizontal loads comprising at least one body made of knitted and pressed steel wire, preferably stainless or galvanized, that supports the vertical or horizontal loads transmitted between adjoining modules.
  • the connecting element described in this document comprises two coaxial cylindrical parts of different diameter that define between them a volume where at least one, and preferably four or six, of said bodies is housed, the innermost part being intended to receive a positioning element embedded by its lower part in a first lower module and the outermost to be embedded in the immediately upper module, so that said body transmits lateral stresses between said pieces and, therefore, between said first lower module and said second module immediately higher.
  • this joint element provides flexibility to the assembled joint between modules thanks to the use of a knitted steel cable, it is a complex manufacturing element using numerous elements such as cylindrical rings, washers, as well as braided steel cables, thereby considerably increasing its manufacturing cost.
  • the present invention solves the disadvantages of the fixing elements known in the state of the art, providing a flexible fixing system that allows the transmission of any load in any direction, for example horizontal and vertical displacement, such as those produced during a seismic event, in a simple and reliable way, facilitating at the same time a constructive simplicity both in height and laterally in a reproducible way, such devices being fixed in concrete and standardized positions of said modules, which allows to automate the construction from them.
  • the invention provides a system for fixing constructive modules formed on the basis of first fixing devices and second fixing devices.
  • the first fixing devices are essentially flat and consist of two pairs of rigid rods arranged vertically in each pair one above the other in the form of a U, both pairs of rods being arranged concentrically, that is, sharing the same longitudinal axis of symmetry.
  • the pairs of rods thus define a U-shaped hole in which at least one bolt, preferably four bolts, is arranged for the passage of two fixing screws.
  • the fixing system involves the use of a few second fixing devices with a configuration similar to the first, in this case made up of three pairs of rigid rods arranged vertically in each pair, one vertically above the other, a pair of rods defining an angle essentially straight and the other two pairs of rods arranged symmetrically with respect to their bisector, defining an arrow-shaped hole in which at least one bolt, preferably four bolts, is housed for the passage of the corresponding fixing screws.
  • the first fixing devices are arranged in a variable number, depending on the construction module used, embedded in the faces thereof, while the second fixing devices are arranged embedded in the corners of said faces.
  • a further advantage of the fixing system of the invention consists in that the rigid rods of the fixing devices described here constitute a reinforcement for, where appropriate, the concrete with which it is they manufacture the constructive modules, making their manufacture easier by providing the fixing elements themselves with a framework for it.
  • Figure 1 schematic perspective view of the first fixing system device
  • Figure 2 schematic perspective view of the second fixing system device
  • Figure 3 Schematic view of an example of an arrangement of the fixing system on one face of a construction module.
  • Figure 4 Schematic view of the application of the system of the invention to an illustrative constructive module.
  • the system of the invention is based on first fixing devices and second fixing devices, the first to be embedded in the lateral faces of the building modules and the second in the corners of said modules. .
  • a first fixing device (1) consists of two pairs of rigid rods, an outer pair (11) and an inner pair (12). Each pair of rods is then made up of two rods, one lower and one upper, vertically arranged one above the other, and both folded defining a U-shape, both pairs of rods (11, 12) being arranged relatively to each other concentric. As seen in this figure, the pairs of rods define a gap also in the form of a U. This gap has at least one bolt (3), preferably four bolts (3), for the passage of two fixing screws (not shown) .
  • two of these bolts (3) are arranged in this U-shaped hole in correspondence with the vertices of the base of the U defined by the outer pair of rods (11), while the other two bolts (3) They are arranged in the arms of the U-shaped hole spaced from the first ones, in the area of the fold of the inner pair of rods (12), the four bolts defining the vertices of a square.
  • the second fixing device (2) shown in Figure 2, in this case is made up of three pairs of rigid rods (21, 22, 23), an outer pair (21) and two inner pairs (22, 23), each pair also made up of two rods, one lower and one upper, vertically arranged one above the other.
  • One pair of rods (21) is formed by defining a right angle, while the other two pairs of rods (22, 23) are formed by defining equal acute angles and are arranged symmetrically and equidistant with respect to the bisector of the angle of the pair of external rods (21), thus defining a hole in the shape of an arrowhead.
  • this arrowhead hole houses at least one bolt (3), preferably four bolts (3).
  • a bolt In the case of a bolt, it is arranged at the inner angle of the outer pair of rods (21). In the preferred embodiment with four bolts (3), one of them is arranged in the interior angle of the pair of outer rods (21) and the other three in correspondence with the vertices of the acute exterior angles defined by the pairs of outer rods. (22, 23), defining the four bolts (3) the vertices of a square, for the passage of the corresponding fixing screws (not shown).
  • the bolts (3) include circular perimeter rims on their lower and upper part that extend above the lower and upper surfaces defined by the pairs of rods in order to facilitate the threading of fixing once the fixing devices are embedded in the faces and corners of the construction modules.
  • the system of the invention provides metal plates (4) provided with four through holes defining a square and in correspondence with the perimeter circular edges of the bolts (3) of the fixing devices (1) and (2), the plates (4) being arranged at the level of the outer and inner surfaces of the face of the module.
  • the aforementioned rigid rods are made of galvanized or corrugated steel to ensure their resistance to bending and corrosion.
  • the bolts (3) are fixed to the rigid rods at their contact points by welding.
  • Figure 4 shows this example of application to a construction module consisting of four faces that constitutes a hollow cube where two adjacent faces that share a common edge have been removed.
  • Figure 4a shows the arrangement of the fixing devices (1, 2) for the upper and lower faces and in Figure 4b for the lateral faces.
  • fixing devices (1) are used arranged in the semi-edges of the faces, in this case four devices (1) for each face, and fixing devices (2) in the corners of each face.
  • the fixing devices act as loading and unloading elements and are suitable for carrying out precision assembly, further facilitating the accommodation of temporary or permanent devices, self-assembly and subsequent maintenance.
  • the system of the invention enables the exchange of damaged or deteriorated elements in the structures to be facilitated, as well as favoring the fixing of modular elements for interior modulation.
  • the system of the invention gives the constructive structures that comprise it the capacity to grow and decrease, thanks to the possibility of exchanging and dimension the constructive elements that are part of them and that transmit the intervening loads, elements such as pillars, slabs, walls, etc., forming complex definitive structures.

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Abstract

La invención proporciona un sistema de fijación de módulos constructivos basado en dos dispositivos de fijación para el ensamblaje de módulos constructivos tridimensionales en la construcción de edificaciones y elementos constructivos complejos de cualquier uso, donde los primeros dispositivos de fijación esencialmente planos están constituidos por dos parejas de varillas rígidas dispuestas verticalmente en cada pareja una sobre otra en forma de U, estando dispuestas ambas parejas de varillas de forma concéntrica, definiendo así un hueco en U en el cual se disponen bulones y los segundos dispositivos de fijación están conformados por tres parejas de varillas rígidas dispuestas verticalmente en cada pareja una verticalmente sobre la otra, una pareja definiendo un ángulo esencialmente recto y las otras dos parejas de varillas dispuestas simétricamente con respecto a su bisectriz, definiendo un hueco en forma de punta de flecha en el que se alojan bulones.

Description

SISTEMA DE FIJACIÓN DE MÓDULOS CONSTRUCTIVOS
La presente invención se refiere a un sistema de fijación de módulos constructivos. Más concretamente, la invención proporciona un sistema de fijación basado en dispositivos de fijación para el ensamblaje de elementos modulares autoportantes o módulos constructivos tridimensionales para la construcción de edificaciones de cualquier uso, por ejemplo viviendas, oficinas, naves industriales, puentes, celosías complejas, diques y similares, así como para la fijación y unión de losas simples, pilares, etc. El sistema de fijación de la invención permite el ensamblaje de módulos constructivos tanto en altura como lateralmente de forma sencilla y reproducible, quedando fijados tales dispositivos en posiciones concretas y estandarizadas de dichos módulos, lo que permite automatizar la construcción a partir de éstos.
Por otra parte, el diseño de los dispositivos de fijación de la invención permite su uso para la construcción en zonas de riesgo sísmico, ya que su configuración evitando el uso de placas rígidas permite que los módulos constructivos a los que se aplican soporten las vibraciones y flexiones que habitualmente se producen sobre estas fijaciones de los módulos durante este tipo de eventos.
Para ello, los dispositivos de fijación de la invención, libres de placas rígidas de fijación, se conforman en una primera configuración para su integración en las caras de los módulos constructivos para su ensamblaje vertical y extensión horizontal y una segunda configuración para su integración en las esquinas de los módulos.
Actualmente, en la construcción de edificaciones existe la necesidad de optimizar tanto el tiempo como el coste de los trabajos, por ello en los últimos años se han desarrollado tecnologías de construcción basadas en la industria de los prefabricados. Así, existen sistemas constructivos basados en elementos prefabricados que permiten construir de forma tridireccional, en forma de elementos volumétricos o cajas. Estos módulos constructivos prefabricados tridimensionales permiten la construcción en numerosas configuraciones de diseño diferentes, tanto en planta como en altura. Para ello, dichos módulos están habitualmente diseñados como celdas cúbicas de una sola pieza y estructuralmente autoportantes en cualquiera de sus caras, de forma que sus caras se pueden disponer en cualquier orientación deseada para definir diferentes espacios, tanto en un mismo plano, como en planos diferentes. Típicamente, dichos módulos incluyen integrados en al menos una de sus caras medios de carga empotrados que permiten su colocación, orientación y transporte, tales como pletinas dispuestas adecuadamente en al menos una arista de los módulos, embebidas e integradas estructuralmente en correspondientes rebajes practicados en los mismos.
Esta configuración basada en pletinas de los sistemas de fijación ya conocidos presentan diversas desventajas esencialmente derivadas del uso de apoyos metálicos rígidos dispuestos en correspondientes cajeados y que permiten la unión de unos módulos con otros adyacentes y superiores o inferiores mediante tornillos.
Por ejemplo en el documento ES201100177 se describen fijaciones de este tipo, empleando unos rigidizadores previstos en la estructura del módulo superior, que mediante corte del ala de la correspondiente viga, conforman alojamientos para la ubicación y posicionado de elementos previstos en la estructura de techo del módulo inferior, quedando materializada la unión mediante un pasador alojado en orificios pasantes enfrenados y previstos en los elementos de posicionado. En dicha unión colaboran también otros elementos rigidizadores, coincidiendo con la posición de los soportes o pilares correspondientes.
El uso de uniones rígidas para el ensamblaje de los módulos en dirección vertical y horizontal hace que las construcciones realizadas con estos módulos sean poco flexibles y se vean muy afectadas ante una carga sísmica, lo que limita la extensión vertical y horizontal de dichas construcciones, impidiendo igualmente una transmisión de cargas adecuada.
Para solucionar esta desventaja, por ejemplo en el documento ES 2362514 se describe un elemento de unión flexible para construcciones destinado a ser dispuesto entre partes contiguas de dicha construcción para transmitir cargas verticales u horizontales que comprende al menos un cuerpo hecho de hilo tricotado y prensado de acero, preferentemente inoxidable o galvanizado, que soporta las cargas verticales u horizontales transmitidas entre módulos contiguos. El elemento de unión descrito en este documento comprende dos piezas cilindricas coaxiales de diferente diámetro que definen entre ellas un volumen donde se aloja al menos uno, y preferentemente cuatro o seis de dichos cuerpos, estando la pieza más interna destinada a recibir un elemento de posicionamiento encajado por su parte inferior en un primer módulo inferior y la más externa a quedar empotrada en el módulo inmediatamente superior, de modo que dicho cuerpo trasmite los esfuerzos laterales entre dichas piezas y, por tanto, entre dichos primer módulo inferior y dicho segundo módulo inmediatamente superior. Si bien este elemento de unión dota de flexibilidad a la unión ensamblada entre módulos gracias al uso de un cable de acero tricotado, se trata de un elemento de fabricación compleja empleando numerosos elementos tales como anillos cilindricos, arandelas, así como cables de acero trenzado, aumentando por ello considerablemente su coste de fabricación.
La presente invención soluciona las desventajas de los elementos de fijación conocidos en el estado de la técnica, proporcionando un sistema de fijación flexible que permite la transmisión de cualquier carga en cualquier dirección, por ejemplo de desplazamiento horizontal y vertical, tales como las producidas durante un evento sísmico, de forma sencilla y fiable, facilitando al mismo tiempo una sencillez constructiva tanto en altura como lateralmente de forma reproducible, quedando fijados tales dispositivos en posiciones concretas y estandarizadas de dichos módulos, lo que permite automatizar la construcción a partir de éstos. Para ello, la invención proporciona un sistema de fijación de módulos constructivos conformado en base a unos primeros dispositivos de fijación y unos segundos dispositivos de fijación.
Los primeros dispositivos de fijación son esencialmente planos y están constituidos por dos parejas de varillas rígidas dispuestas verticalmente en cada pareja una sobre otra en forma de U, estando dispuestas ambas parejas de varillas de forma concéntrica, esto es compartiendo el mismo eje de simetría longitudinal. Las parejas de varillas definen así un hueco en U en el cual se dispone al menos un bulón, preferentemente cuatro bulones, para el paso de sendos tornillos de fijación.
Igualmente el sistema de fijación conlleva el uso de unos segundos dispositivos de fijación de configuración similar a los primeros, en este caso conformados por tres parejas de varillas rígidas dispuestas verticalmente en cada pareja una verticalmente sobre la otra, una pareja de varillas definiendo un ángulo esencialmente recto y las otras dos parejas de varillas dispuestas simétricamente con respecto a su bisectriz, definiendo un hueco en forma de punta de flecha en el que se aloja al menos un bulón, preferentemente cuatro bulones, para el paso de los correspondientes tornillos de fijación.
Los primeros dispositivos de fijación se disponen en un número variable, dependiendo del módulo constructivo empleado, embebidos en las caras del mismo, mientras que los segundos dispositivos de fijación se disponen embebidos en las esquinas de dichas caras. Además de constituir una unión flexible y de transmisión de cargas, otra ventaja adicional del sistema de fijación de la invención consiste en que las varillas rígidas de los dispositivos de fijación aquí descritos constituyen una armadura para, en su caso, el hormigón con el que se fabrican los módulos constructivos, haciendo más sencilla su fabricación al facilitar los propios elementos de fijación una armadura para el mismo.
A continuación se describe la invención en base a una forma de realización de la misma y en referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:
Figura 1 : vista esquemática en perspectiva del primer dispositivo del sistema de fijación; Figura 2: vista esquemática en perspectiva del segundo dispositivo del sistema de fijación;
Figura 3: vista esquemática de un ejemplo de disposición del sistema de fijación sobre una cara de un módulo constructivo. Figura 4: vista esquemática de la aplicación del sistema de la invención a un módulo constructivo ilustrativo.
Como se ha mencionado anteriormente, el sistema de la invención está conformado en base a unos primeros dispositivos de fijación y unos segundos dispositivos de fijación, los primeros para alojarse embebidos en las caras laterales de los módulos constructivos y los segundos en las esquinas de dichos módulos.
Tal como se muestra en la figura 1 , un primer dispositivo de fijación (1 ) está constituido por dos parejas de varillas rígidas, una pareja exterior (11 ) y otra interior (12). Cada pareja de varillas está conformada entonces por dos varillas, una inferior y otra superior, dispuestas verticalmente la una sobre la otra, y ambas plegadas definiendo una forma en U, estando dispuestas ambas parejas de varillas (11 , 12) relativamente entre sí de forma concéntrica. Como se observa en esta figura, las parejas de varillas definen un hueco también en forma de U. Este hueco presenta al menos un bulón (3), preferentemente cuatro bulones (3), para el paso de sendos tornillos de fijación (no mostrados).
En el caso de un bulón, éste se dispone en el eje longitudinal definido por las varillas interiores (12).
En la realización preferente con cuatro bulones, dos de estos bulones (3) se disponen en este hueco en U en correspondencia con los vértices de la base de la U definida por la pareja de varillas exterior (11 ), mientras que los otros dos bulones (3) se disponen en los brazos del hueco en U distanciados de los primeros, en la zona del pliegue de la pareja de varillas interior (12), definiendo los cuatro bulones los vértices de un cuadrado. El segundo dispositivo de fijación (2), mostrado en la figura 2, en este caso está conformado por tres parejas de varillas rígidas (21 , 22, 23), una pareja exterior (21 ) y dos parejas interiores (22, 23), cada pareja igualmente conformada por dos varillas, una inferior y otra superior, dispuestas verticalmente la una sobre la otra. Una pareja de varillas (21 ) se conforma definiendo un ángulo recto, mientras que las otras dos parejas de varillas (22, 23) están conformadas definiendo ángulos agudos ¡guales y están dispuestas simétricamente y equidistantes con respecto a la bisectriz del ángulo de la pareja de varillas exterior (21 ), definiendo así un hueco en forma de punta de flecha.
Al igual que en el dispositivo descrito anteriormente (1 ), este hueco en punta de flecha aloja al menos un bulón (3), preferentemente cuatro bulones (3).
En el caso de un bulón, éste se dispone en el ángulo interior de la pareja de varillas exterior (21 ). En la realización preferente con cuatro bulones (3), uno de ellos se dispone en el ángulo interior de la pareja de varillas exterior (21 ) y los otros tres en correspondencia con los vértices de los ángulos agudos exteriores definidos por las parejas de varillas exteriores (22, 23), definiendo los cuatro bulones (3) los vértices de un cuadrado, para el paso de los correspondientes tornillos de fijación (no mostrados).
Tal como se muestra en las figuras, los bulones (3) incluyen rebordes circulares perimetrales en su parte inferior y superior que se extienden por encima de las superficies inferior y superior definidas por las parejas de varillas con el fin de facilitar el roscado de tornillos de fijación una vez los dispositivos de fijación están embebidos en las caras y esquinas de los módulos constructivos.
Como se observa en la figura 3, donde se muestra un ejemplo de disposición del sistema de fijación sobre una cara de un módulo constructivo, con el fin de dotar de integridad a los dispositivos de fijación una vez están embebidos en sus localizaciones en dicha cara del módulo constructivo, el sistema de la invención prevé unas placas metálicas (4) dotadas de cuatro orificios pasantes definiendo un cuadrado y en correspondencia con los rebordes circulares perimetrales de los bulones (3) de los dispositivos de fijación (1 ) y (2), disponiéndose las placas (4) al nivel de las superficies exterior e interior de la cara del módulo. En una forma de realización preferente, las varillas rígidas citadas anteriormente están hechas de acero galvanizado o corrugado para garantizar su resistencia a la flexión y a la corrosión.
Igualmente, en otra forma de realización preferente, los bulones (3) están fijados a las varillas rígidas en sus puntos de contacto mediante soldadura.
Ejemplos
En el siguiente ejemplo se muestra con carácter ilustrativo la aplicación del sistema de la invención a un módulo constructivo formado por cuatro caras.
La figura 4 muestra este ejemplo de aplicación a un módulo constructivo formado por cuatro caras que constituye un cubo hueco donde se han eliminado dos caras adyacentes que comparten una arista común.
En la figura 4a se observa la disposición de los dispositivos de fijación (1 , 2) para las caras superior e inferior y en la figura 4b para las caras laterales.
Así, en este ejemplo se emplean dispositivos de fijación (1 ) dispuestos en las semiaristas de las caras, en este caso cuatro dispositivos (1 ) por cada cara, y dispositivos de fijación (2) en los vértices de cada cara.
De la descripción anterior del sistema de fijación se derivan, entre otras, las siguientes ventajas:
Los dispositivos de fijación actúan como elementos de carga y descarga y son ¡dóneos para llevar a cabo un montaje de precisión, facilitando adicionalmente el alojamiento de dispositivos temporales o definitivos, el automontaje y su posterior mantenimiento.
Por otra parte, el sistema de la invención permite facilitar el intercambio de elementos dañados o deteriorados en las estructuras, así como favorecer la fijación de elementos modulares destinados al modulado interior.
Igualmente, el sistema de la invención dota a las estructuras constructivas que lo integran la capacidad de crecer y decrecer, gracias a la posibilidad de intercambiar y dimensionar los elementos constructivos que forman parte de las mismos y que transmiten las cargas intervinientes, elementos tales como pilares, losas, muros, etc., conformando estructuras definitivas complejas.

Claims

Reivindicaciones
1 Sistema de fijación de módulos constructivos caracterizado porque comprende unos primeros dispositivos de fijación (1 ) y unos segundos dispositivos de fijación (2), donde los primeros dispositivos de fijación (1 ) son esencialmente planos y están constituidos por dos parejas de varillas rígidas (1 1 , 12) dispuestas verticalmente en cada pareja una sobre otra en forma de U, estando dispuestas ambas parejas de varillas (1 1 , 12) de forma concéntrica, definiendo un hueco en U en el cual se dispone al menos un bulón (3) para el paso de tornillos de fijación y donde los segundos dispositivos de fijación (2) también esencialmente planos están conformados por tres parejas de varillas rígidas (21 , 22, 23) dispuestas verticalmente en cada pareja una verticalmente sobre la otra, una pareja de varillas (21 ) definiendo un ángulo esencialmente recto y las otras dos parejas de varillas (22, 23) dispuestas simétricamente con respecto a su bisectriz, definiendo un hueco en forma de punta de flecha en el que se aloja al menos un bulón (3) para el paso de tornillos de fijación.
2 Sistema de fijación de módulos constructivos según la reivindicación 1 , caracterizado porque los primeros dispositivos de fijación (1 ) y los segundos dispositivos de fijación (2) alojan en cada caso cuatro bulones (3).
3 Sistema de fijación de módulos constructivos según la reivindicación 2, caracterizado porque los bulones (3) del primer dispositivo de fijación (1 ) definen los vértices de un cuadrado, disponiéndose dos de ellos en el hueco en U en correspondencia con los vértices de la base de la U definida por la pareja de varillas exterior (1 1 ), mientras que los otros dos bulones (3) se disponen en los brazos del hueco en U distanciados de los primeros, en la zona del pliegue de la pareja de varillas interior (12).
4 Sistema de fijación de módulos constructivos según la reivindicación 2, caracterizado porque los bulones (3) del segundo dispositivo de fijación (2) definen los vértices de un cuadrado, disponiéndose en el hueco en punta de flecha uno de ellos en el ángulo interior de la pareja de varillas exterior (21 ) y los otros tres en correspondencia con los vértices de los ángulos agudos exteriores definidos por las parejas de varillas exteriores (22, 23).
5. Sistema de fijación de módulos constructivos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los bulones (3) incluyen rebordes circulares perimetrales en su parte inferior y superior que se extienden por encima de las superficies inferior y superior definidas por las parejas de varillas con el fin de facilitar el roscado de tornillos de fijación una vez los dispositivos de fijación están embebidos en las caras y esquinas de los módulos constructivos.
6. Sistema de fijación de módulos constructivos según la reivindicación 4, caracterizado porque se prevén unas placas metálicas (4) dotadas de orificios pasantes en correspondencia con los rebordes circulares perimetrales de los bulones (3) de los dispositivos de fijación (1 ) y (2), disponiéndose las placas (4) al nivel de las superficies exterior e interior de la cara de un módulo.
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