En ingeniería civil, una excavación es un procedimiento en el que se remueve tierra u otros materiales del suelo para abrir grandes cavidades, con el propósito de construir en ellas los cimientos que tendrán las edificaciones, carreteras, puentes, túneles, presas u otras estructuras.
Los derrumbes son, probablemente, el riesgo más evidente que puede implicar una excavación. La remoción de tierra puede causar el colapso de las paredes del foso y el hundimiento súbito de la superficie que lo circunda. Sin embargo, existen otros peligros vinculados a la actividad, como la liberación de gases tóxicos (como el monóxido de carbono o el metano) que pueden estar contenidos en capas subterráneas.
Cuando una excavación se realiza junto a un muro de contención, una estructura vecina o una formación de roca masiva, el problema no se limita a la estabilidad de las paredes del terreno. También es necesario determinar el esfuerzo que las tierras ejercerán sobre el muro, especialmente cuando el espacio excavado se rellena posteriormente.
Qué determina el esfuerzo sobre la pared de una excavación
La presión sobre el muro estará determinada por la altura del nivel piezométrico, si existe.
El esfuerzo que actúa sobre una pared depende principalmente de la altura del relleno, las propiedades del terreno, el agua subterránea, las condiciones de deformación del muro y las cargas existentes en la superficie. Entre las propiedades más importantes se encuentran el peso específico del suelo, el ángulo de rozamiento interno, la cohesión, la permeabilidad y el estado de compactación.
El terreno de ángulo de rozamiento Ø, se escurre formando una cuña.
La cuña de terreno que puede movilizarse junto al muro constituye una referencia fundamental para comprender el empuje lateral. La geometría de esa cuña no depende únicamente del ancho visible del relleno, sino también de la altura disponible, del rozamiento interno del suelo, de la rugosidad entre el muro y el terreno, de la inclinación del trasdós y de las condiciones de drenaje.
Por ello, no es suficiente comparar de manera aislada un relleno de 1 m de ancho con otro de 10 m. Es necesario definir qué ocurre detrás del volumen considerado, si el terreno está limitado por una roca o por otro muro, si existe continuidad del suelo y qué desplazamientos puede experimentar la estructura.
Excavación situada a un metro de un muro vecino
Imaginemos que tenemos una excavación de sótano hecha a 1 m de un muro de contención vecino (o roca masiva...). Ese espacio de 1 m de ancho se va a rellenar, y esas tierras ejercerán presión sobre el muro (olvidémonos de la presión sobre el muro vecino).
Mi duda es sobre el cálculo de esa presión, pues entiendo que dependerá del ancho de tierras más allá de mi muro. No será lo mismo tener 1 m de ancho de tierras, que tener 10 m.
El sentido común me dice que aplique siempre la condición más desfavorable.
La presión sobre el muro estará determinada por la altura del nivel piezométrico, si existe.
En este tipo de situación, el ancho de un metro puede limitar la extensión de la cuña activa si la excavación está verdaderamente confinada por una superficie rígida o por un muro capaz de recibir las acciones correspondientes. En cambio, si el metro libre constituye simplemente una separación inicial y el terreno continúa detrás del muro, la masa de suelo situada más allá puede participar en el mecanismo de empuje.
La presencia de roca masiva también debe verificarse cuidadosamente. No basta con suponer que la roca constituye un límite resistente: es preciso conocer su continuidad, fracturación, inclinación de las discontinuidades, permeabilidad y contacto con el relleno. Una roca alterada o fracturada puede comportarse de forma muy diferente de una formación masiva y estable.
Ejemplo de una U de hormigón armado
Lo planteo de otra forma: imaginemos una U de hormigón armado, de longitud indefinida, formada por 2 muros de 3 m unidos en su base mediante una losa.
Entre estos muros hay una separación de 50 cm, y está lleno de tierras.
No va a haber vuelco, pero sí momentos en los muros por el empuje de las tierras.
En esta configuración, los muros pueden quedar sometidos a acciones laterales hacia el exterior o hacia el interior, según la secuencia constructiva, el grado de confinamiento del relleno, la rigidez de la losa, la conexión entre los elementos y las condiciones de apoyo. La ausencia de vuelco global no elimina los esfuerzos de flexión en los muros ni las solicitaciones en la unión muro-losa.
El relleno de 50 cm de ancho tampoco debe analizarse únicamente como una carga uniforme independiente de su confinamiento. Si el material está limitado lateralmente por dos muros, la interacción entre el terreno y ambas paredes puede modificar la distribución de tensiones. Además, la compactación dentro de una separación estrecha puede generar presiones adicionales sobre los muros, sobre todo si se emplean equipos pesados o si se colocan capas demasiado gruesas.
Presión del suelo y agua subterránea
El agua es uno de los factores que más puede modificar el esfuerzo lateral. La presión sobre el muro estará determinada por la altura del nivel piezométrico, si existe.
Cuando el agua se acumula detrás de un muro o dentro de un relleno confinado, aparece una presión hidrostática adicional. Esta acción se suma a la presión transmitida por el esqueleto del suelo y puede aumentar considerablemente la resultante lateral. Por esta razón, el diseño debe incorporar drenajes, filtros y elementos de alivio cuando sean necesarios.
Fine-grained soils consist of silty clays. Both materials have lower permeability than coarse-grained soils and will undergo consolidation settlement over time under loadings. Due to these properties, these types of material are less suitable for use as structural fill unless treated or compacted carefully.
Without suitable drainage measures, the saturation of fine-grained soils can pose the risk of volume changes in the soil causing instability in the foundation.
Fine-grained soils consist of silty clays. Both materials have lower permeability than coarse-grained soils and will undergo consolidation settlement over time under loadings. Due to these properties, these types of material are less suitable for use as structural fill unless treated or compacted carefully. Testing and soil modification for this material type are required before use.
La acumulación de agua puede producir, además, cambios volumétricos, pérdida de resistencia, incremento de la presión intersticial y asentamientos diferenciales. La evaluación debe considerar tanto el nivel piezométrico permanente como las situaciones temporales provocadas por lluvias, fugas, drenajes obstruidos o variaciones estacionales.
Tipos de suelo que pueden emplearse como relleno
Al nivelar un emplazamiento, en las zonas de corte aparece una variedad de tipos de suelo que puede utilizarse como relleno en el proyecto. Sin embargo, no todos los suelos son adecuados para todas las ubicaciones de relleno.
El tipo de suelo que puede utilizarse y el nivel en el que se puede colocar dependerán de las condiciones del terreno y de los requisitos estructurales del terreno terminado en esa ubicación.
Suelo vegetal
Topsoil is the uppermost layer of soil and is usually removed and set aside before construction.
Es un material valioso que se reutiliza en el propio emplazamiento o se transporta fuera de él para utilizarlo en otro lugar. Este material suele ser inadecuado para rellenos estructurales y normalmente se reutiliza en trabajos de paisajismo o restauración de la vegetación natural del lugar.
Suelos de grano grueso
Coarse-grained soils include a mixture of sand or gravel-like soils that compact well into the fill areas with adequate strength to support heavier loads.
Estos suelos presentan una permeabilidad elevada y permiten el drenaje. Cuando están bien compactados, pueden proporcionar una base estable con problemas mínimos de asentamiento.
Suelos de grano fino: limo
Fine-grained soils consist of silty clays.
Ambos materiales tienen una permeabilidad inferior a la de los suelos de grano grueso y experimentan asentamientos por consolidación con el tiempo bajo carga. Debido a estas propiedades, son menos adecuados para su uso como relleno estructural, salvo que se traten o compacten cuidadosamente.
Antes de utilizarlos se requieren ensayos y modificaciones del suelo. Sin medidas de drenaje adecuadas, la saturación de los suelos de grano fino puede provocar cambios de volumen que causen inestabilidad en la cimentación.
Suelos de grano fino: arcilla
Clay soil consists of finer particles than silt, which can hold moisture, expanding or shrinking with changes in water content.
Debido a este comportamiento, puede ser un material más difícil de utilizar como relleno estructural, ya que es mucho más propenso a cambios de volumen con el tiempo, lo que puede provocar movimientos o inestabilidad en las cimentaciones.
Si se va a utilizar arcilla, puede requerir un tratamiento especial, como el acondicionamiento de la humedad o el tratamiento con cal o cemento para su estabilización.
Esfuerzos inducidos por la colocación y compactación del relleno
El material seleccionado excavado que se reutilizará en el emplazamiento se transportará a las zonas de relleno adecuadas. Determinados materiales de corte pueden asignarse para su uso en distintos horizontes dentro de una ubicación de relleno.
Después de redistribuirlo a las zonas de relleno, el material deberá compactarse en capas para alcanzar la densidad y resistencia requeridas.
Los traexcavadores o las motoniveladoras se utilizan para extender y nivelar el material antes de que los rodillos pesados realicen el proceso de compactación.
La compactación puede generar presiones laterales superiores a las correspondientes al estado final de reposo del relleno. Este efecto resulta especialmente importante cuando el espacio entre muros es reducido, cuando el relleno se coloca contra una pared rígida o cuando no existe posibilidad de deformación lateral.
La secuencia de ejecución debe definir si el muro se construye antes del relleno, si se coloca el terreno por capas alternas, si la losa de base restringe los desplazamientos y qué tipo de maquinaria puede emplearse sin transmitir cargas excesivas.
La distribución del material y su flujo en el emplazamiento deben optimizarse para minimizar los costes y el tiempo de transporte, teniendo en cuenta los tipos y costes probables de los equipos de movimiento de tierras y compactación disponibles.
Condiciones activa, pasiva y de reposo
La magnitud del empuje lateral depende de cuánto pueda desplazarse el muro respecto al terreno. Si el muro puede separarse del relleno, puede desarrollarse una condición activa. Si el muro se desplaza contra el terreno, puede movilizarse una condición pasiva. Si los desplazamientos son muy pequeños o están impedidos, el terreno puede permanecer próximo a una condición de reposo.
En un muro rígido unido a una losa y confinado por una geometría estrecha, no siempre es apropiado utilizar directamente el empuje activo. La rigidez del sistema puede impedir la deformación necesaria para movilizarlo. El análisis debe seleccionar la condición compatible con el comportamiento real de la estructura y con la fase de construcción considerada.
La presencia de dos muros enfrentados, una roca masiva o una estructura vecina puede impedir que la cuña se desarrolle libremente. Por eso, la condición más desfavorable no consiste necesariamente en adoptar siempre el mayor ancho de terreno imaginable, sino en identificar la combinación de geometría, agua, cargas, compactación y rigidez que produzca los esfuerzos más exigentes.
Proceso de análisis de una excavación junto a una pared
Levantamiento del emplazamiento
El proceso comienza con los levantamientos del emplazamiento. Los levantamientos topográficos cartografían el terreno e identifican los puntos altos y bajos que deben nivelarse.
Un estudio geotécnico determinará las condiciones del suelo subyacente e identificará cualquier peligro potencial para orientar una planificación detallada.
En esta fase, las investigaciones geotécnicas avanzadas pueden utilizarse para evaluar la clasificación, la resistencia al corte y las propiedades de rigidez de los suelos.
Planificación de los movimientos de tierra
La planificación de los movimientos de tierra influye directamente en el coste del proyecto, los plazos y el comportamiento a largo plazo.
En lugar de los métodos tradicionales de «cálculo manual», se utilizan datos para crear modelos digitales del terreno en herramientas de software especializadas.
Estos modelos permiten a los ingenieros superponer los niveles propuestos del emplazamiento sobre los niveles existentes y calcular los volúmenes de movimiento de tierras necesarios.
Los niveles propuestos pueden ajustarse, variando los volúmenes de corte y relleno y teniendo en cuenta la idoneidad de los distintos materiales de corte para las diferentes ubicaciones de relleno, con el fin de lograr un diseño equilibrado de los movimientos de tierra.
La planificación también debe tener en cuenta la retirada y reutilización de la capa superior del suelo, así como la excavación y eliminación de suelos inadecuados.
Excavación
Una vez finalizada la planificación de los movimientos de tierra, la siguiente fase es comenzar la excavación.
Equipos pesados, como bulldozers y excavadoras, extraerán el terreno situado a mayor cota. Durante este proceso se identificarán y separarán los distintos tipos de suelo.
Para el transporte del material se utilizan grandes camiones volquete o traíllas de descarga inferior.
Redistribución y relleno
El material excavado seleccionado que se reutilizará en el emplazamiento se transportará a las zonas de relleno correspondientes.
Los bulldozers pueden utilizarse para mover el material en una zona pequeña, mientras que las traíllas pueden emplearse para transportarlo a distancias cortas sobre terrenos relativamente lisos.
Para distancias de transporte más largas y terrenos más accidentados se utilizan grandes camiones volquete.
Los camiones cisterna con accesorios de pulverización se utilizan para controlar el polvo y acondicionar la humedad del suelo antes de la compactación.
Cuando las rutas de transporte atraviesan zonas de suelo débil, puede ser necesario construir caminos de transporte temporales.
Compactación y estabilización
Si se descubren zonas de suelo blando o una explanada débil antes o durante el proceso, será necesario abordarlas.
Si estas zonas no se tratan, existe el riesgo potencial de asentamientos desiguales y problemas de estabilidad.
Para mejorar las condiciones del terreno débil y variable, pueden utilizarse técnicas de estabilización de la explanada que mejoren la capacidad portante.
Para crear una capa estabilizada, pueden incorporarse georredes Tensar InterAx y relleno granular, obtenido en el emplazamiento o importado, con el fin de mejorar la estabilidad y reducir la posibilidad de deformación con el tiempo.
Reducción de volúmenes y de presiones mediante soluciones geotécnicas
Los volúmenes de excavación pueden verse muy influidos por la presencia de suelos débiles. A menudo será necesario retirarlos o tratarlos antes de comenzar la construcción.
Como alternativa, si existen condiciones del terreno débiles o variables, pueden utilizarse georredes para estabilizar la explanada, reduciendo así los volúmenes de corte al evitar la necesidad de excavar y retirar el suelo débil.
De forma similar, pueden utilizarse sistemas de cimentación de terraplenes para evitar la necesidad de excavar y retirar suelos débiles antes de construir el terraplén.
Los volúmenes de relleno también pueden reducirse mediante técnicas de suelo reforzado para aumentar la inclinación de los taludes laterales del terraplén.
Al ajustar la alineación y la cota final, puede ser posible lograr un equilibrio entre los volúmenes de corte y relleno del proyecto, reduciendo la necesidad de importar o exportar suelo y minimizando los costes de transporte y materiales.
Seguridad durante la excavación
Las excavaciones deben hacerse evitando al máximo la destrucción de los hábitats de especies animales y vegetales, especialmente cuando se realizan en áreas naturales.
Según indica la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA), la apertura de zanjas causa en promedio 54 muertes de trabajadores anualmente, por lo que es necesario tomar medidas de seguridad si este es tu trabajo.
La OSHA define excavación como «cualquier corte, cavidad, zanja o depresión hecha por el hombre en una superficie de tierra formada por remoción de tierra».
Las zanjas son un tipo de excavación angosta, que suele hacerse a profundidad con distintos fines.
Riesgos principales
- Derrumbes: Se estima que los derrumbes en excavaciones matan en promedio a dos trabajadores mensualmente. Es por esto que la OSHA recomienda que las obras cuenten con especialistas calificados para analizar la composición del suelo.
- Caídas y cargas que caen: Tanto los trabajadores como los equipos de trabajo corren el riesgo de caer por la apertura en el suelo.
- Atmósferas peligrosas: En algunas ocasiones, las excavaciones de gran profundidad pueden tener bajos niveles de oxígeno, así como pueden ser invadidas por gases tóxicos y productos químicos.
- Uso de maquinaria: Al operar maquinaria pesada puede que tengas una visión reducida de dónde se encuentra el borde de la zanja.
- Entrada de agua: El agua puede aumentar la presión lateral, reducir la resistencia del terreno y favorecer la inestabilidad.
- Socavación de estructuras y cimientos: Las excavaciones pueden comprometer la estabilidad de edificios, muros, aceras o pavimentos próximos.
Inspecciones y medidas preventivas
- Realiza una inspección diaria de la zanja.
- Evita acercarte al borde sin la protección necesaria.
- Verifica constantemente las condiciones climáticas.
- Las lluvias y tormentas pueden aumentar los riesgos de accidentes.
- Mantén los equipos a una distancia prudencial del borde de la zanja.
- Asegúrate de siempre contar con el equipo de protección necesario, así trabajes lejos del borde.
- Evita a toda costa trabajar bajo cargas elevadas.
- Realiza chequeos de la atmósfera.
- Es importante tener mediciones de los niveles de oxígeno en la zanja, así como detectar la presencia de gases tóxicos o productos químicos.
- En caso de que estos sean descubiertos, se debe evitar el ingreso del personal al lugar de trabajo.
- Debe haber una persona o un equipo competente que planifique e implemente las medidas de seguridad para el personal de la obra, de modo que no se pase ningún detalle por alto.
- Elabora una lista de verificación para realizar inspecciones de forma periódica.
Los sistemas de protección son esenciales para la seguridad en las zanjas. Estas muertes y accidentes son evitables.
La inclinación, el apuntalamiento, el blindaje y las banquetas ayudan a evitar el derrumbe de las zanjas y otras zonas excavadas.
Cuándo se necesita un sistema de protección
El primer paso para proteger a los trabajadores del derrumbe de una zanja es determinar si se necesita un sistema de protección.
A partir de ahí, analiza las condiciones del lugar para determinar el tipo de sistema más adecuado.
Los sistemas de protección deben inspeccionarse y mantenerse a diario, y más a menudo si las condiciones cambian constantemente.
Las normas de la OSHA para la excavación aparecen en CFR 1926, Subparte P.
Peca siempre de precavido. Una persona competente debe determinar el uso de la protección contra derrumbes.
La OSHA exige sistemas de protección cuando una zanja alcanza una profundidad de 1,5 m. Sin embargo, la mejor práctica es considerar alguna forma de protección independientemente de la profundidad de la zanja.
Identifica si la excavación tiene menos de 1,5 metros de profundidad.
Identifica si la excavación está en roca estable.
Haz que una persona competente examine la excavación.
Cualquier excavación de más de 6 metros de profundidad requiere un sistema de protección diseñado y aprobado por un ingeniero.
Clasificación del suelo
El tipo de sistema de protección que utilizarás depende de cinco factores:
- clasificación del suelo (tipo de suelo)
- profundidad de excavación
- contenido de agua del suelo
- tiempo y clima
- otras operaciones en curso en las cercanías
El suelo se clasifica en cuatro tipos básicos: roca estable, tipo A, tipo B y tipo C.
La roca estable es materia mineral sólida natural que puede excavarse con lados verticales y permanecer intacta.
Los suelos de tipo A son cohesivos con una resistencia a la compresión no confinada de 1,5 toneladas por pie cuadrado o superior. Algunos ejemplos son la arcilla, la arcilla limosa, la arcilla arenosa y la marga arcillosa.
Los suelos de tipo B son cohesivos con una resistencia a la compresión no confinada superior a 0,5 toneladas por pie cuadrado pero inferior a 1,5 toneladas por pie cuadrado y suelos granulares sin cohesión similares a la roca triturada, el limo, la marga limosa y la marga arenosa.
Los suelos de tipo C son cohesivos con una resistencia a la compresión no confinada de 0,5 toneladas por pie cuadrado o menos, suelos granulares, suelos sumergidos, rocas sumergidas que no son estables o material en un sistema de capas inclinadas en el que las capas se sumergen en la excavación o con una pendiente de cuatro horizontales a una vertical o más pronunciada.
La OSHA exige que la persona competente clasifique el suelo utilizando al menos un análisis visual y otro manual, tal y como indican las normas de la OSHA o lo permite la ASTM.
Un análisis visual podría incluir el examen de un montón de escombros o de la pared de la zanja.
Un análisis manual podría incluir palpar el suelo con las manos o utilizar un penetrómetro.
Si prefieres saltarte el análisis del suelo, puedes diseñar tus sistemas de protección como si estuvieras en un suelo de tipo C, que es el menos estable.
Sistemas de protección de las paredes
Inclinación
La inclinación consiste en recortar la pared de la zanja en un ángulo inclinado hacia fuera de la excavación.
Cuanto más plano sea el ángulo, más protección ofrece el talud.
El ángulo necesario depende de la clasificación del suelo y del contenido de agua.
La OSHA estipula pendientes máximas admisibles para cada tipo de suelo en la zona de trabajo.
Para el suelo de tipo C, un ángulo de inclinación de 1 ½:1 es el máximo.
Es decir, por cada pie de profundidad, la zanja debe ser excavada hacia atrás 1 1⁄2 pies, lo que resulta en un ángulo máximo de 34 grados.
La pendiente máxima permitida es de 1:1 (45 grados) para el suelo de tipo B, y de 3/4:1 (53 grados) para el suelo de tipo A.
Apuntalamiento
Apuntalamiento consiste en instalar soportes hidráulicos de aluminio o de otro tipo para evitar que los frentes de una excavación se derrumben.
Los soportes verticales se llaman montantes.
Los soportes horizontales se denominan riostras.
Cuando instales el apuntalamiento, asegúrate de utilizar siempre materiales de apuntalamiento de ingeniería para la protección contra derrumbes.
Los sistemas de apuntalamiento también pueden ser necesarios para sostener estructuras adyacentes, como edificios, muros, aceras o pavimento.
Los empresarios están obligados a proporcionar apoyo, como apuntalamiento hidráulico, apuntalamiento o apuntalamiento, para garantizar que las estructuras adyacentes permanezcan estables para la protección de los trabajadores.
Se prohíben las excavaciones que puedan socavar aceras, pavimentos y estructuras anexas, a menos que un sistema de apoyo adecuadamente diseñado u otro método eficaz proteja a los trabajadores del posible derrumbe de las estructuras.
Blindaje
El apantallamiento protege a los trabajadores si se produce un derrumbe, impidiendo que los escombros caigan sobre ellos.
Los sistemas de blindaje pueden incluir cajas de zanja u otros soportes para evitar un derrumbe.
Los escudos de zanja suelen estar construidos con paredes laterales separadas por separadores de acero o aluminio.
Los separadores son intercambiables para adaptarse a la anchura de la zanja.
Un escudo de trinchera, también conocido como caja de trinchera, siempre debe estar hecho de acero o aluminio de alta calidad.
Estos escudos cubrirán los lados de un sitio de excavación para proteger a los trabajadores dentro de las zanjas.
Los escudos de trinchera constan de dos paneles modulares a cada lado.
Entre estos paneles, tendrá puntales o crucetas de longitud ajustable.
La función de estos separadores es mantener los paneles en su lugar desde cualquier lado a lo largo de las paredes del sitio.
Banqueo
La excavación de bancos es similar a la inclinación y requiere la retirada de material de la cara de una excavación.
Los lados de una excavación se excavan para formar niveles horizontales o escalones.
Para un banqueo simple, los lados se inclinan hacia abajo, con un escalón cortado en la parte inferior.
El bloqueo múltiple implica cortar una serie de escalones en los lados de la excavación.
Los sistemas de bancada no pueden instalarse en suelos de tipo C.
Parámetros para instalar un escudo de zanja
Antes de instalar protectores de zanjas, hay algunos detalles que deben establecerse.
En primer lugar, el propósito de su proyecto de excavación determina qué tamaño de zanja necesita.
Obviamente, las tuberías grandes y los cables delgados requieren diferentes tamaños de zanjas.
No sirve de nada construir una zanja más grande de lo necesario.
La profundidad de la excavación requerida y la servidumbre de los alrededores también es un factor muy importante a considerar al decidir la extensión y el tipo de protección de zanjas a elegir.
Se permite la inclinación o banqueo de los lados de la zanja combinados con un escudo en el fondo de la zanja siempre que se cumplan las condiciones de las normas de OSHA.
Esto puede reducir sustancialmente los gastos de compra o alquiler de cajas de trinchera pero, por supuesto, esto solo es posible en áreas abiertas y sin edificios o estructuras cercanas.
Además, también debe tener cuidado con las obstrucciones en el camino de su trinchera planificada.
Incluso el conocimiento del tipo de suelo en el que planea excavar será un detalle crucial.
Esto afectará al equipo de excavación que necesitará su proyecto.
Conocer la clasificación del suelo en el sitio del proyecto es esencial para determinar las clasificaciones del escudo de zanja a emplear.
Cálculo de los volúmenes de excavación y relleno
Calcular los volúmenes de material que se excavará, transportará, colocará y compactará es fundamental y crítico para cualquier proyecto de ingeniería civil o desarrollo.
En el enfoque de movimientos de tierra equilibrados, el objetivo es lograr el perfil final de superficie requerido con un equilibrio entre los volúmenes de corte y relleno.
Se utilizan diversos métodos para calcular estos volúmenes, desde los enfoques manuales tradicionales hasta sofisticadas herramientas de software.
Los métodos manuales se basan en geometría básica y cálculos matemáticos.
Se realizan suposiciones y simplificaciones para aproximar los volúmenes.
Hoy en día, es más probable que los ingenieros utilicen cartografía digital del terreno y herramientas de software para calcular los volúmenes de movimiento de tierras y el flujo de materiales en un proyecto.
Método manual de las secciones transversales
El método manual de las secciones transversales se ha utilizado tradicionalmente para calcular los volúmenes de corte y relleno en proyectos lineales, como carreteras y ferrocarriles.
Este método consiste en trazar secciones transversales paralelas de los niveles del terreno existente y propuesto a intervalos regulares a lo largo del emplazamiento del proyecto.
Para cada sección transversal, se determinan las áreas de corte y relleno comparando las cotas del terreno existente y del diseño propuesto en esa ubicación específica.
Para calcular los volúmenes, el área media de corte o relleno de cada par de secciones transversales se multiplica por la distancia entre ellas.
Sin embargo, la precisión del método de las secciones transversales depende de la distancia entre los intervalos elegidos.
Los intervalos pequeños pueden mejorar la precisión de la estimación, pero requieren más tiempo y esfuerzo para medir y calcular.
Los intervalos más amplios son más rápidos, pero pueden reducir la precisión de los resultados.
Método manual de la cuadrícula
Normalmente utilizado en grandes emplazamientos abiertos, el método de la cuadrícula consiste en superponer una cuadrícula uniforme sobre el plano de la zona de movimiento de tierras y registrar manualmente los niveles del terreno existente y propuesto en cada nodo de la cuadrícula.
La profundidad de corte o relleno se determina restando el nivel existente medio del nivel propuesto en cada celda de la cuadrícula.
Si el resultado es positivo, la zona requiere relleno.
Si el resultado es negativo, se trata de una zona de corte.
Una vez determinado esto, se puede calcular el volumen.
El volumen de cada celda de la cuadrícula se calcula multiplicando la profundidad de corte o relleno por el área de la celda.
Ventajas de una planificación adecuada
Reducción de costes
Una de las principales ventajas de la excavación de corte y relleno es que puede reducir la cantidad de material importado necesario en una obra.
Al utilizar el material excavado de las zonas de «corte» para rellenar las zonas más bajas del emplazamiento, se reducen los costes al disminuir la necesidad de relleno importado.
Al utilizar materiales de corte adecuados en el propio emplazamiento, también se reducen los costes de transporte y eliminación de los materiales sobrantes.
Construcción más rápida
La reutilización del suelo excavado de las zonas de corte en las zonas de relleno reduce la necesidad de transportar material de relleno adicional.
Mantener el movimiento de materiales dentro del emplazamiento puede reducir considerablemente los plazos del proyecto, disminuyendo el tiempo dedicado a la manipulación y eliminación de materiales.
La reutilización de materiales en el propio emplazamiento no solo aumenta la productividad al aprovechar lo que ya está disponible, sino que también puede agilizar las operaciones.
Menor impacto ambiental
La minimización del impacto ambiental es una prioridad creciente en la construcción.
La excavación de corte y relleno favorece las prácticas de construcción sostenible al reutilizar los recursos disponibles en el emplazamiento, en lugar de obtener materiales no renovables adicionales.
La reutilización del material excavado reduce la necesidad de importar materiales o exportar excedentes, disminuyendo los costes y los plazos del proyecto.
Esto reduce las emisiones de carbono incorporado y la contaminación atmosférica local derivada del transporte.
También reduce el ruido y las molestias a las partes interesadas cercanas al emplazamiento al limitar el número de movimientos de vehículos.
