Mediciones de movimiento de tierras y excavación

El suelo existe en tres condiciones, y el número reportado varía entre ellas en torno a un 10 a 70 por ciento. En banco es el volumen natural y sin alterar que se lee en los planos: el prisma de desmonte entre el terreno existente y la superficie de proyecto, o el prisma de terraplén entre el terreno original y la rasante terminada. Suelto es el volumen excavado y esponjado que llena un camión, igual al volumen en banco multiplicado por uno más el porcentaje de esponjamiento. Compactado es el volumen colocado y compactado que ocupa un terraplén terminado, igual al volumen en banco multiplicado por el factor de reducción.

Dos factores conectan los estados, ambos referidos al volumen en banco. El esponjamiento expande el banco en suelto, y su inverso, el factor de carga, convierte el suelto de vuelta. La reducción transforma el banco en compactado, de modo que un relleno terminado siempre necesita más desmonte en banco o préstamo que su propio volumen geométrico: el préstamo requerido en términos de banco equivale al volumen de relleno compactado dividido por el factor de reducción. Compensar el desmonte bruto contra el terraplén bruto sin aplicar la reducción es el error clásico del balance de tierras.

Los factores varían mucho según el material. Como valores aproximados de planificación, la arena y la grava granulares se esponjan en torno a un 12 a 18 por ciento y se reducen en torno a un 5 a 14 por ciento; la tierra común se esponja en torno a un 25 por ciento y se reduce en torno a un 10 a 20 por ciento; la arcilla se esponja en torno a un 30 a 40 por ciento y se reduce en torno a un 10 a 20 por ciento; y la roca volada se esponja en torno a un 50 a 70 por ciento y tiene una reducción negativa de aproximadamente un 30 por ciento, porque la roca fragmentada ocupa más espacio que el banco del que procede. Se trata de promedios publicados para planificación; los valores reales provienen de un ensayo de suelos, la densidad in situ según ASTM D1556 o D6938 y la densidad seca máxima mediante el ensayo Proctor según ASTM D698 o D1557.

Qué estado reportar depende del propósito. Para una oferta se parte del desmonte en banco y del relleno compactado, y luego se añade el préstamo en banco necesario para cualquier déficit; para el transporte y la retirada se convierte a suelto; para un terraplén pagado en su sitio se reporta compactado. Una yarda cúbica o un metro cúbico a secas son ambiguos, por lo que la unidad debería ir siempre etiquetada con su estado. Bajo la mayoría de las especificaciones de carreteras de Estados Unidos, la excavación de calzada se mide en posición en banco y el terraplén en posición compactada, asumiendo el contratista el esponjamiento y la reducción sin pago aparte.

Dominan dos métodos geométricos, y el adecuado depende del tipo de obra. Para el movimiento de tierras lineal y de carreteras, el método de áreas extremas medias toma el área de la sección transversal de desmonte o terraplén en cada estación, promedia dos áreas adyacentes y la multiplica por la distancia entre ellas. En unidades de Estados Unidos, las yardas cúbicas equivalen al promedio de las dos áreas extremas multiplicado por la longitud, dividido entre 27. El método sobreestima ligeramente el volumen donde las secciones cambian con rapidez, y una corrección prismoidal lo refina cuando la precisión importa. La exactitud depende del espaciado: el terreno recto se secciona a unos 50 a 100 pies, habitualmente 100 pies en zona rural y 50 pies en zona urbana, reducido a unos 25 pies o menos en rampas, curvas cerradas y terreno que cambia con rapidez.

Para solares, plataformas de edificación y balsas, donde no hay un único eje, se usa en su lugar un método de cuadrícula o de cotas por puntos: se superpone una cuadrícula, se calcula la profundidad de desmonte o terraplén en cada nodo a partir de la cota existente menos la proyectada, y se suman los prismas. Ambos métodos producen un volumen en banco para el desmonte y un volumen compactado para el terraplén; las conversiones de estado se aplican después, nunca se incorporan a la geometría.

La cantidad de pago y de proyecto es la línea neta: desde el terreno existente hasta la superficie teórica de desmonte o la rasante terminada, con los taludes laterales de proyecto. El contratista casi siempre excava más que esto, porque el suelo no se sostiene en vertical, pero esa tierra adicional es medios y métodos, no la cantidad medida. Reportar el prisma con talud real en lugar de la línea neta sobreestima la cantidad de pago en el volumen del talud.

Cuando una medición modela el prisma realmente excavado para estimar costes, el talud lateral determina la sobreexcavación. La OSHA Subparte P fija los taludes máximos admisibles para excavaciones de hasta 20 pies de profundidad, con un sistema de protección obligatorio a partir de 5 pies salvo que el frente sea roca estable, y un diseño calculado por encima de 20 pies. Los taludes máximos son verticales para roca estable, tres cuartos horizontal por uno vertical (unos 53 grados) para suelo de Tipo A, uno a uno (45 grados) para Tipo B, y uno y medio a uno (unos 34 grados) para Tipo C. Son límites de seguridad, no la línea de pago.

La excavación de zanja se mide a un ancho de pago especificado, normalmente el diámetro exterior de la tubería más una holgura de trabajo a cada lado, o un ancho indicado en el contrato o en el detalle tipo, sin importar lo ancho que excave el contratista. Las holguras por lado de en torno a 150 a 300 milímetros (6 a 12 pulgadas) son práctica habitual más que una cifra fija, así que confirma el ancho de pago con el detalle de zanja del proyecto. El sobreancho más allá de la línea de pago corre por cuenta del contratista.

El volumen de movimiento de tierras se mide en neto, sin ningún margen por esponjamiento, reducción o desperdicio incorporado a la cantidad geométrica. Es un principio establecido en CESMM4 y compartido por NRM2, el método de Australia y Nueva Zelanda y la DIN 18300. Inflar la geometría con esponjamiento y aplicar además un factor de estado supone contar dos veces, por lo que la geometría se mantiene en neto y las conversiones se mantienen explícitas.

No existe un umbral de hueco codificado específico para el movimiento de tierras, y las obstrucciones menores y aisladas, como pilotes sueltos o pequeñas conducciones, se ignoran y se absorben. El mecanismo dominante para estructuras y servicios existentes dentro de la excavación es el extra over, que añade el coste de excavar alrededor o a través de ellos en lugar de deducir su volumen; NRM2 mide extra over por excavar junto a o a través de servicios existentes y por romper roca, hormigón armado o fábrica de ladrillo. Solo se deducen los huecos sustanciales, y cuando se quiere un umbral de tamaño se emplea por analogía la cifra de aproximadamente 1 metro cúbico de la convención de huecos en obras de edificación.

La excavación se separa por material porque el coste varía en un orden de magnitud según lo difícil que sea excavar el terreno. La práctica de Estados Unidos y de AASHTO distingue la excavación común, la excavación en roca (material que requiere escarificado o voladura, con los bolos por encima de un tamaño establecido contabilizados como roca) y la excavación de material inadecuado o de subsuelo, que es fango blando u orgánico retirado por debajo de la rasante y sustituido como partida de pago propia. También es habitual una única partida de excavación sin clasificar, en la que el contratista asume todo el riesgo del material. El tamaño de bolo que activa la clasificación como roca varía según el organismo; unos usan un volumen como aproximadamente 1 yarda cúbica y otros un ensayo de escarificabilidad. Bajo NRM2 y CESMM4, la excavación se separa en tierra vegetal, material distinto de la tierra vegetal o la roca, y roca. La VOB de Alemania con la DIN 18300 sustituyó las antiguas clases fijas de suelo por áreas homogéneas específicas de cada proyecto.

La forma de medir la roca sigue la misma separación. En la tradición de la medición de obras (quantity surveying), la roca se mide como extra over de la excavación base: el volumen de roca se sigue contabilizando en la excavación base, con un precio adicional por la dificultad, con independencia de la profundidad. La práctica de carreteras de Estados Unidos, en cambio, mide la roca como una partida de pago independiente que sustituye a la cantidad base. Equivocarse aquí provoca contar la roca dos veces o bien omitir la excavación base situada debajo de ella.

La tierra vegetal se retira y se acopia por separado de la excavación masiva, porque se reutiliza para jardinería. Se mide por superficie indicando una profundidad media de retirada, normalmente de unos 100 a 150 milímetros (4 a 6 pulgadas), y también puede reportarse como un volumen de acopio igual a la superficie multiplicada por la profundidad. NRM2 la mide así, por ejemplo como retirada de tierra vegetal de 150 milímetros de espesor por superficie.

La retirada del excedente se desglosa por destino, valorada de forma convencional para el transporte sobre el volumen suelto del camión, mientras que las mediciones de quantity surveying suelen medirla sobre el volumen en banco de la excavación de la que procede; el relleno importado se factura sobre el volumen compactado que forma en su sitio. La distancia de transporte se rige por el diagrama de masas, que representa el desmonte menos el terraplén acumulados sobre una base común en banco a lo largo del eje. Hasta una distancia de transporte libre fijada en el contrato, el movimiento está incluido en el precio base de excavación; más allá, el sobretransporte se paga aparte como una cantidad de volumen por distancia, como yardas cúbicas estación o metros cúbicos kilómetro, en lugar de un volumen puro.

El Reino Unido es el más codificado. NRM2 y CESMM4 miden la excavación en neto en metros cúbicos, indicando la superficie de inicio y la cota reducida. NRM2 escalona la excavación masiva y de cimentación en tramos de profundidad de 2 metros (no superior a 2 metros, de 2 a 4 metros, de 4 a 6 metros, y así sucesivamente), mientras que CESMM4 clasifica por la profundidad máxima total. El espacio de trabajo queda a discreción del contratista bajo NRM2, y su segunda edición reintrodujo la medición de la entibación en todos los frentes de excavación de más de 250 milímetros de profundidad, se considere necesaria o no.

La práctica de carreteras de Estados Unidos no tiene método de medición legal: la excavación de calzada se mide en posición en banco por yarda cúbica, el terraplén es compactado, la profundidad no se escalona en tramos y el contratista asume el esponjamiento y la reducción. En Australia y Nueva Zelanda, el desmonte y terraplén civiles se miden bajo la AS 1181, mientras que el Australia and New Zealand Standard Method of Measurement cubre la subestructura de edificación, donde la profundidad de excavación se clasifica en incrementos de 1 metro (0 a 1, 1 a 2, 2 a 3, 3 a 4 metros, de modo que una profundidad total de 3,5 metros cae en el tramo de 3 a 4 metros) y el espacio de trabajo es el perímetro a lo largo de la zapata multiplicado por la profundidad. En toda Europa, la VOB con la DIN 18300 factura por dimensiones reales con clasificación del material por áreas homogéneas.

Para la facturación por avance, al contratista se le paga o bien la cantidad de proyecto o bien una cantidad medida en campo a partir de las secciones transversales finales. Los departamentos de carreteras suelen pagar la cantidad de proyecto cuando no se produce ningún cambio de diseño, y solo vuelven a medir cuando se alcanza un detonante definido, como áreas extremas consecutivas que varían más allá de un umbral (una variación del 5 por ciento es habitual, pero específica de cada organismo), una sobreexcavación, un deslizamiento o un asentamiento. Esta base de pago es distinta tanto de la cantidad de oferta como de la cantidad de pedido, y las tres nunca deben reportarse una por otra.