Grondwerk- en ontgravingscalculatie

Grond bestaat in drie toestanden, en het gerapporteerde getal verandert er ongeveer 10 tot 70 procent tussen. Vast is het natuurlijke, ongeroerde volume dat je van de tekeningen afleest: het ontgravingsprisma tussen het bestaande maaiveld en het ontwerpoppervlak, of het ophoogprisma tussen het oorspronkelijke maaiveld en het afgewerkte peil. Los is het ontgraven, opgezwollen volume dat een vrachtwagen vult, gelijk aan vast vermenigvuldigd met één plus het zwelpercentage. Verdicht is het aangebrachte en verdichte volume dat een afgewerkt talud inneemt, gelijk aan vast vermenigvuldigd met de krimpfactor.

Twee factoren verbinden de toestanden, beide gerefereerd aan vast. Zwelling zet vast om in los, en het omgekeerde ervan, de beladingsfactor, rekent los weer terug. Krimp verkleint vast tot verdicht, dus een afgewerkte ophoging vergt altijd meer vaste ontgraving of aanvoergrond dan zijn eigen geometrische volume: de benodigde aanvoergrond in vaste termen is gelijk aan het verdichte ophoogvolume gedeeld door de krimpfactor. Het ruwe ontgraving tegen ruwe ophoging wegstrepen zonder krimp toe te passen is de klassieke fout in de grondwerkbalans.

De factoren verschillen sterk per materiaal. Als benaderende planningswaarden zwellen korrelig zand en grind ongeveer 12 tot 18 procent en krimpen ze ongeveer 5 tot 14 procent; gewone grond zwelt ongeveer 25 procent en krimpt ongeveer 10 tot 20 procent; klei zwelt ongeveer 30 tot 40 procent en krimpt ongeveer 10 tot 20 procent; en gesprengd gesteente zwelt ongeveer 50 tot 70 procent en heeft een negatieve krimp van ruwweg 30 procent, omdat gebroken gesteente meer ruimte inneemt dan de vaste grond waar het vandaan komt. Dit zijn gepubliceerde gemiddelden voor planning; de werkelijke waarden komen uit een grondonderzoek, dichtheid in situ volgens ASTM D1556 of D6938 en maximale droge dichtheid via Proctor-proeven volgens ASTM D698 of D1557.

Welke toestand je rapporteert volgt uit het doel. Voor een offerte begin je vanuit vaste ontgraving en verdichte ophoging en tel je daarna de vaste aanvoergrond op die nodig is voor een tekort; voor transport en afvoer reken je om naar los; voor een ter plaatse betaalde ophoging rapporteer je verdicht. Een kale kubieke meter is dubbelzinnig, dus de eenheid moet altijd met zijn toestand worden gemarkeerd. Onder de meeste Amerikaanse wegspecificaties wordt wegontgraving in de vaste positie gemeten en de ophoging in de verdichte positie, waarbij de aannemer zwelling en krimp opvangt zonder afzonderlijke betaling.

Twee geometrische methoden domineren, en de juiste hangt af van het type werk. Voor lineair en wegenkundig grondwerk neemt de gemiddelde-einddoorsnedemethode de ontgravings- of ophoogdoorsnede op elk station, middelt twee aangrenzende oppervlakken en vermenigvuldigt met de afstand ertussen. In Amerikaanse eenheden is het aantal kubieke yards gelijk aan het gemiddelde van de twee einddoorsneden vermenigvuldigd met de lengte, gedeeld door 27. De methode overschat het volume licht waar doorsneden snel veranderen, en een prismoïdale correctie verfijnt het waar precisie van belang is. De nauwkeurigheid hangt af van de afstand: recht terrein wordt op ongeveer 50 tot 100 voet in doorsneden verdeeld, doorgaans 100 voet landelijk en 50 voet stedelijk, teruggebracht tot ongeveer 25 voet of minder op opritten, scherpe bochten en snel veranderend terrein.

Voor terreinen, bouwplaten en vijvers, waar geen enkele tracélijn bestaat, wordt in plaats daarvan een raster- of spothoogtemethode gebruikt: leg een raster over het gebied, bereken op elk knooppunt de ontgravings- of ophoogdiepte uit de bestaande min de voorgestelde hoogte, en sommeer de prisma's. Beide methoden leveren een vast volume voor ontgraving en een verdicht volume voor ophoging op; de toestandsomrekeningen worden achteraf toegepast, nooit in de geometrie ingebouwd.

De betalings- en ontwerphoeveelheid is de nettolijn: het bestaande maaiveld tot aan het theoretische ontgravingsoppervlak of afgewerkte peil, op de ontworpen taluds. De aannemer ontgraaft hier vrijwel altijd meer dan, omdat grond niet verticaal kan blijven staan, maar die extra grond valt onder middelen en methoden, niet onder de gemeten hoeveelheid. Het rapporteren van het werkelijke getalud prisma in plaats van de nettolijn overschat de betalingshoeveelheid met het taludvolume.

Wanneer een calculatie het werkelijke ontgraven prisma modelleert voor kostenraming, bepaalt het talud de overgraving. OSHA Subpart P legt de maximaal toelaatbare taluds vast voor ontgravingen tot 20 voet diep, met een beschermend systeem vereist vanaf 5 voet of meer, tenzij het talud uit stabiel gesteente bestaat, en een ingenieursontwerp voorbij 20 voet. De maximale taluds zijn verticaal voor stabiel gesteente, drie kwart horizontaal op één verticaal (ongeveer 53 graden) voor Type A-grond, één op één (45 graden) voor Type B, en anderhalf op één (ongeveer 34 graden) voor Type C. Dit zijn veiligheidsgrenzen, niet de betalingslijn.

Sleufontgraving wordt gemeten tot een opgegeven betalingsbreedte, doorgaans de buitendiameter van de buis plus een werkruimte aan weerszijden, of een breedte die in het contract of standaarddetail is vermeld, ongeacht hoe breed de aannemer graaft. Werkruimtes per zijde van ruwweg 150 tot 300 millimeter (6 tot 12 inch) zijn gangbare praktijk in plaats van een vast getal, dus controleer de betalingsbreedte aan de hand van het sleufdetail van het project. Overbreedte voorbij de betalingslijn is voor rekening van de aannemer.

Grondwerkvolume wordt netto gemeten, zonder dat een toeslag voor zwelling, krimp of verlies in de geometrische hoeveelheid is ingebouwd. Dit is een vastgelegd principe in CESMM4 en wordt gedeeld door NRM2, de Australische en Nieuw-Zeelandse methode en DIN 18300. De geometrie opvullen met zwelling en daarna ook nog een toestandsfactor toepassen telt dubbel, en daarom blijft de geometrie netto en blijven de omrekeningen expliciet.

Er bestaat geen grondwerkspecifieke gecodificeerde uitsparingsdrempel, en kleine geïsoleerde obstakels zoals losse palen of kleine nutsvoorzieningen worden genegeerd en opgenomen. Het overheersende mechanisme voor bestaande constructies en nutsvoorzieningen in de ontgraving is extra over, dat de kosten van het eromheen of erdoorheen graven toevoegt in plaats van hun volume af te trekken; NRM2 meet extra over voor het graven langs of door bestaande nutsvoorzieningen en voor het breken van gesteente, gewapend beton of metselwerk. Alleen substantiële uitsparingen worden afgetrokken, en waar een maatdrempel gewenst is, wordt naar analogie het cijfer van ruwweg 1 kubieke meter uit de uitsparingsconventie voor bouwwerken gebruikt.

Ontgraving wordt per materiaal opgesplitst omdat de kosten met een orde van grootte verschillen naargelang hoe moeilijk de grond te graven is. De Amerikaanse en AASHTO-praktijk scheidt gewone ontgraving, gesteenteontgraving (materiaal dat moet worden geript of gesprengd, waarbij zwerfstenen boven een opgegeven maat als gesteente worden geteld) en ongeschikte ontgraving of ontgraving van ondergrond, dat wil zeggen zachte of organische brij die onder peil wordt verwijderd en als eigen betalingspost wordt vervangen. Een enkele ongeclassificeerde ontgravingspost is ook gangbaar, waarbij de aannemer al het materiaalrisico draagt. De zwerfsteenmaat die gesteente activeert verschilt per instantie; sommige gebruiken een volume zoals ongeveer 1 kubieke yard en andere een ripbaarheidstest. Onder NRM2 en CESMM4 wordt ontgraving opgesplitst in teelaarde, materiaal anders dan teelaarde of gesteente, en gesteente. Het Duitse VOB met DIN 18300 verving de oude vaste grondklassen door projectspecifieke homogene gebieden.

Hoe gesteente wordt gemeten volgt dezelfde opsplitsing. In de traditie van de hoeveelheidscalculatie wordt gesteente extra over de basisontgraving gemeten: het gesteentevolume wordt nog steeds in de basisontgraving meegeteld, met een aanvullend tarief voor de moeilijkheid, ongeacht de diepte. De Amerikaanse wegenpraktijk meet gesteente daarentegen als een eigen afzonderlijke betalingspost die de basishoeveelheid vervangt. Dit verkeerd doen telt het gesteente óf dubbel óf laat de basisontgraving eronder weg.

Teelaarde wordt afgegraven en apart van de bulkontgraving opgeslagen, omdat ze wordt hergebruikt voor de tuinaanleg. Ze wordt per oppervlak gemeten met een opgegeven gemiddelde afgraafdiepte, doorgaans ongeveer 100 tot 150 millimeter (4 tot 6 inch), en kan ook worden gerapporteerd als een depotvolume van oppervlak vermenigvuldigd met diepte. NRM2 meet het op deze manier, bijvoorbeeld als het verwijderen van teelaarde van 150 millimeter dik per oppervlak.

Afvoer van overschot wordt per bestemming gespecificeerd, conventioneel geprijsd voor transport op het losse vrachtwagenvolume, terwijl hoeveelheidsstaten het vaak meten op het vaste volume van de ontgraving waar het vandaan kwam; aangevoerde grond wordt afgerekend op het verdichte volume dat het ter plaatse vormt. De transportafstand wordt bepaald door het massatransportdiagram, dat de cumulatieve ontgraving min ophoging op een gemeenschappelijke vaste basis langs het tracé uitzet. Tot aan een in het contract vastgelegde vrije transportafstand is de verplaatsing in de basisontgravingsprijs inbegrepen; daarbuiten wordt overtransport apart betaald als een volume-afstandshoeveelheid, zoals kubieke-yard-stations of kubieke-meter-kilometers, in plaats van een puur volume.

Het Verenigd Koninkrijk is het meest gecodificeerd. NRM2 en CESMM4 meten ontgraving netto in kubieke meters, met het aanvangsoppervlak en het verlaagde peil vermeld. NRM2 deelt bulk- en funderingsontgraving in dieptestadia van 2 meter in (niet meer dan 2 meter, 2 tot 4 meter, 4 tot 6 meter, enzovoort), terwijl CESMM4 classificeert op totale maximale diepte. Werkruimte wordt onder NRM2 aan het oordeel van de aannemer overgelaten, en de tweede editie ervan herintroduceerde het meten van grondkering aan alle ontgravingstaluds die dieper dan 250 millimeter zijn, ongeacht of het nodig wordt geacht.

De Amerikaanse wegenpraktijk kent geen wettelijke meetmethode: wegontgraving is in de vaste positie per kubieke yard, ophoging is verdicht, diepte wordt niet in stadia ingedeeld, en de aannemer vangt zwelling en krimp op. In Australië en Nieuw-Zeeland wordt civiel ontgraven en ophogen gemeten onder AS 1181, terwijl de Australia and New Zealand Standard Method of Measurement de funderingen van gebouwen behandelt, waarbij de ontgravingsdiepte in stappen van 1 meter wordt geclassificeerd (0 tot 1, 1 tot 2, 2 tot 3, 3 tot 4 meter, zodat een totale diepte van 3,5 meter in de band van 3 tot 4 meter valt) en de werkruimte de omtrek langs de fundering vermenigvuldigd met de diepte is. In heel Europa rekent VOB met DIN 18300 af op werkelijke afmetingen met materiaalclassificatie per homogeen gebied.

Voor termijnfacturering wordt de aannemer betaald op basis van ofwel de planhoeveelheid ofwel een in het veld gemeten hoeveelheid uit de definitieve dwarsdoorsneden. Ministeries van wegen betalen doorgaans de planhoeveelheid wanneer er geen ontwerpwijziging optreedt, en meten alleen opnieuw wanneer een vastgestelde aanleiding wordt geraakt, zoals opeenvolgende einddoorsneden die meer dan een drempel afwijken (een afwijking van 5 procent is gangbaar maar instantie-afhankelijk), onderontgraving, een verschuiving of zetting. Deze betalingsgrondslag verschilt van zowel de offertehoeveelheid als de besteldehoeveelheid, en de drie mogen nooit als elkaar worden gerapporteerd.