Cómputo de movimiento de tierra y excavación

El suelo existe en tres condiciones, y el número reportado cambia entre ellas alrededor de 10 a 70 por ciento. El volumen en banco es el volumen natural y sin alterar que lees en los planos: el prisma de corte entre el terreno existente y la superficie de diseño, o el prisma de relleno entre el terreno original y la rasante terminada. El volumen suelto es el volumen excavado y esponjado que llena un camión, igual al volumen en banco multiplicado por uno más el porcentaje de esponjamiento. El volumen compactado es el volumen colocado y rodillado que ocupa un terraplén terminado, igual al volumen en banco multiplicado por el factor de contracción.

Dos factores conectan los estados, ambos referenciados al volumen en banco. El esponjamiento expande el banco hasta volumen suelto, y su inverso, el factor de carga, convierte el suelto de vuelta. La contracción reduce el banco hasta volumen compactado, por lo que un relleno terminado siempre necesita más corte en banco o préstamo que su propio volumen geométrico: el préstamo requerido en términos de banco es igual al volumen de relleno compactado dividido por el factor de contracción. Compensar el corte bruto contra el relleno bruto sin aplicar la contracción es el clásico error de balance de movimiento de tierra.

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

El estado a reportar depende del propósito. Para una oferta partes del corte en banco y el relleno compactado, luego agregas el préstamo en banco necesario para cualquier déficit; para acarreo y disposición conviertes a suelto; para un terraplén pagado en su lugar reportas compactado. Una yarda cúbica o un metro cúbico sin más es ambiguo, por lo que la unidad siempre debe etiquetarse con su estado. Bajo la mayoría de las especificaciones de carreteras de Estados Unidos, la excavación de calzada se mide en posición de banco y el terraplén en posición compactada, absorbiendo el contratista el esponjamiento y la contracción sin pago por separado.

Dominan dos métodos geométricos, y el correcto depende del tipo de obra. Para movimiento de tierra lineal y de calzadas, el método de áreas medias toma el área de la sección transversal de corte o relleno en cada estación, promedia dos áreas adyacentes y multiplica por la distancia entre ellas. En unidades de Estados Unidos, las yardas cúbicas son iguales al promedio de las dos áreas extremas multiplicado por la longitud, dividido entre 27. El método sobrestima ligeramente el volumen donde las secciones cambian rápidamente, y una corrección prismoidal lo refina donde importa la precisión. La exactitud depende del espaciamiento: el terreno recto se secciona aproximadamente cada 50 a 100 pies, comúnmente 100 pies en zona rural y 50 pies en zona urbana, reducido a cerca de 25 pies o menos en rampas, curvas cerradas y terreno de cambio rápido.

Para sitios, plataformas de edificación y estanques, donde no hay un único alineamiento, se usa en su lugar un método de cuadrícula o de elevaciones puntuales: se superpone una cuadrícula, se calcula la profundidad de corte o relleno en cada nodo a partir de la elevación existente menos la propuesta, y se suman los prismas. Ambos métodos producen un volumen en banco para el corte y un volumen compactado para el relleno; las conversiones de estado se aplican después, nunca se incorporan a la geometría.

La cantidad de pago y de diseño es la línea neta: desde el terreno existente hasta la superficie teórica de corte o la rasante terminada, en los taludes laterales de diseño. El contratista casi siempre excava más que esto, porque el suelo no puede mantenerse vertical, pero ese terreno adicional es de medios y métodos, no la cantidad medida. Reportar el prisma con talud real en lugar de la línea neta sobrestima la cantidad de pago por el volumen del talud.

Cuando un cómputo modela el prisma excavado real para la estimación de costos, el talud lateral define la sobreexcavación. La Subparte P de OSHA fija los taludes máximos permitidos para excavaciones de hasta 20 pies de profundidad, con un sistema de protección requerido a 5 pies o más a menos que la cara sea roca estable, y un diseño de ingeniería más allá de 20 pies. Los taludes máximos son verticales para roca estable, tres cuartos horizontal a uno vertical (cerca de 53 grados) para suelo Tipo A, uno a uno (45 grados) para Tipo B, y uno y medio a uno (cerca de 34 grados) para Tipo C. Estos son límites de seguridad, no la línea de pago.

La excavación de zanjas se mide a un ancho de pago especificado, típicamente 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 estándar, sin importar cuán ancho excave el contratista. Las holguras por lado de aproximadamente 150 a 300 milímetros (6 a 12 pulgadas) son práctica común más que una cifra fija, así que confirma el ancho de pago contra el detalle de zanja del proyecto. El sobreancho más allá de la línea de pago es costo del contratista.

El volumen de movimiento de tierra se mide neto, sin holgura por esponjamiento, contracción o desperdicio incorporada en la cantidad geométrica. Este es un principio establecido en el CESMM4 y compartido por la NRM2, el método de Australia y Nueva Zelanda y la DIN 18300. Inflar la geometría con esponjamiento y luego también aplicar un factor de estado cuenta dos veces, razón por la cual la geometría se mantiene neta y las conversiones se mantienen explícitas.

No existe un umbral de vacío codificado específico para movimiento de tierra, y las obstrucciones aisladas menores, como pilotes individuales o servicios pequeños, se ignoran y se absorben. El mecanismo dominante para estructuras y servicios existentes dentro de la excavación es el extra over, que agrega el costo de excavar alrededor o a través de ellos en lugar de deducir su volumen; la NRM2 mide el extra over por excavar junto a o a través de servicios existentes y por romper roca, concreto reforzado o mampostería. Solo se deducen los vacíos sustanciales, y cuando se desea un umbral de tamaño, se usa por analogía la cifra de aproximadamente 1 metro cúbico de la convención de vacíos de obras de edificación.

La excavación se divide por material porque el costo difiere en un orden de magnitud según lo difícil que sea excavar el terreno. La práctica de Estados Unidos y AASHTO separa la excavación común, la excavación en roca (material que requiere escarificado o voladura, con bloques por encima de un tamaño indicado contados como roca) y la excavación de material inadecuado o de subsuelo, que es lodo blando u orgánico retirado por debajo de la rasante y reemplazado como su propia partida de pago. También es común una única partida de excavación no clasificada, en la que el contratista asume todo el riesgo del material. El tamaño de bloque que activa la clasificación de roca varía según la agencia; algunas usan un volumen como aproximadamente 1 yarda cúbica y otras un ensayo de escarificabilidad. Bajo la NRM2 y el CESMM4, la excavación se divide en capa vegetal, material distinto de capa vegetal o roca, y roca. La VOB de Alemania con la DIN 18300 reemplazó las antiguas clases fijas de suelo por áreas homogéneas específicas del proyecto.

Cómo se mide la roca sigue la misma división. En la tradición del quantity surveying, la roca se mide como extra over de la excavación base: el volumen de roca sigue contándose en la excavación base, con una tarifa adicional por la dificultad, independientemente de la profundidad. La práctica de carreteras de Estados Unidos, en cambio, mide la roca como su propia partida de pago separada que reemplaza la cantidad base. Hacer esto mal o cuenta dos veces la roca o omite la excavación base debajo de ella.

La capa vegetal se descapota y se acopia por separado de la excavación masiva, porque se reutiliza para paisajismo. Se mide por área con una profundidad media de descapote indicada, típicamente de unos 100 a 150 milímetros (4 a 6 pulgadas), y también puede reportarse como un volumen de acopio igual al área multiplicada por la profundidad. La NRM2 la mide de esta manera, por ejemplo como retiro de capa vegetal de 150 milímetros de espesor por área.

La disposición del excedente se desglosa por destino, convencionalmente cotizada para el acarreo sobre el volumen suelto del camión, mientras que las mediciones de quantity surveying a menudo la miden sobre el volumen en banco de la excavación de la que proviene; el relleno importado se factura sobre el volumen compactado que forma en su lugar. La distancia de acarreo se rige por el diagrama de masas, que grafica el acumulado de corte menos relleno sobre una base común de banco a lo largo del alineamiento. Hasta una distancia de acarreo libre del contrato, el movimiento se incluye en el precio de excavación base; más allá de ella, el sobreacarreo se paga por separado 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. La NRM2 y el CESMM4 miden la excavación neta en metros cúbicos, indicando la superficie de inicio y el nivel reducido. La NRM2 escalona la excavación masiva y de cimentación en tramos de profundidad de 2 metros (sin exceder 2 metros, de 2 a 4 metros, de 4 a 6 metros, y así sucesivamente), mientras que el CESMM4 clasifica por la profundidad máxima total. El espacio de trabajo queda a discreción del contratista bajo la NRM2, y su segunda edición reintrodujo la medición del soporte de excavación en todas las caras de excavación de más de 250 milímetros de profundidad, se considere necesario o no.

La práctica de carreteras de Estados Unidos no tiene un método legal de medición: la excavación de calzada se mide en posición de banco por yarda cúbica, el terraplén es compactado, la profundidad no se escalona en tramos, y el contratista absorbe el esponjamiento y la contracción. En Australia y Nueva Zelanda, el corte y relleno civil se mide bajo la AS 1181, mientras que el Australia and New Zealand Standard Method of Measurement cubre la subestructura de edificaciones, donde la profundidad de excavación se clasifica en incrementos de 1 metro (de 0 a 1, de 1 a 2, de 2 a 3, de 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 según las dimensiones reales con clasificación de material por áreas homogéneas.

Para la facturación por avance, al contratista se le paga la cantidad de plano o una cantidad medida en campo a partir de las secciones transversales finales. Los departamentos de carreteras comúnmente pagan la cantidad de plano cuando no ocurre ningún cambio de diseño, midiendo de nuevo solo cuando se alcanza un disparador definido, como áreas extremas consecutivas que varían más allá de un umbral (una variación del 5 por ciento es común, pero específica de cada agencia), 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 como la otra.