Cómo se calcula el volumen de excavación al desarrollar una fosa?

Cuando se crea una fosa para un proyecto de construcción, es necesario calcular con precisión la cantidad de trabajo de excavación. De este modo se evitan gastos innecesarios y retrasos, ya que se garantiza el movimiento eficaz del volumen de tierra necesario. Saber cómo se hacen estos cálculos puede ayudarle a ahorrar tiempo y dinero.

Lo primero que hay que hacer es medir el tamaño de la fosa. Se incluyen la anchura, la profundidad y la longitud. Estas dimensiones pueden multiplicarse para obtener una medida básica del volumen. Pero el procedimiento no acaba ahí. El volumen final puede variar en función de la forma de la fosa y del tipo de suelo, lo que obliga a modificar los cálculos originales.

También es muy importante tener en cuenta aspectos como la compactación del suelo y los ángulos de inclinación. Mientras que la compactación del suelo influye en la expansión o asentamiento del mismo, los ángulos de inclinación garantizan la estabilidad de las paredes de la excavación. Para obtener una estimación precisa del volumen, estos factores son esenciales.

Además, instrumentos como el equipo topográfico y el software pueden mejorar la precisión de sus mediciones. Estas herramientas proporcionan datos más precisos que los cálculos manuales porque tienen en cuenta las variaciones naturales del terreno.

Puede garantizar un proyecto de excavación sin problemas, puntual y rentable siguiendo estas directrices y utilizando el equipo adecuado. Este método reduce los errores y mejora la eficacia general del proceso de construcción.

Por qué se calcula la cantidad de tierra?

Dado que la construcción y el levantamiento de estructuras es un proceso complejo que implica grandes desembolsos económicos, los promotores necesitan garantizar un alto nivel de excavación para los cimientos de las instalaciones.

Los edificios residenciales y comerciales de gran altura necesitan que se instalen cimientos de alta calidad. Dado que estos cimientos suelen tener configuraciones complejas, los métodos de software modernos utilizan dispositivos de medición de alta precisión para calcular cuántos metros cúbicos de tierra deben retirarse.

En este caso, se puede determinar con la mayor precisión posible la capacidad cúbica total del terreno que hay que excavar en el pozo. Los objetos menos importantes se calculan a mano o con la ayuda de calculadoras de construcción en línea accesibles a través de Internet.

Composición del movimiento de tierras de acuerdo con los requisitos del SNIP:

• Trazado vertical de la parcela. Se realiza nivelando el relieve de la zona destinada a la construcción. Incluye los siguientes trabajos: retirada y movimiento de la capa de tierra, transporte y compactación de la misma en lugares externos, unidades de medida de la superficie en m2.
• Desarrollo de la excavación para foso. Implica el cálculo de los volúmenes de un solar en forma de suma de los volúmenes de las figuras clásicas incluidas en la configuración general del objeto en construcción. En este caso, en el cálculo se supone que las dimensiones del suelo están limitadas por planos visuales. En este caso, las pequeñas protuberancias no afectarán a la precisión, unidades m3.

Se excava una zanja para la versión en franja de la construcción de los cimientos de una losa, y se hace un foso regular para la construcción de los cimientos de una losa para una casa rectangular.

Para calcular el volumen del suelo, se tiene en cuenta la información siguiente

• Levantamientos geodésicos.
• Dimensiones a lo largo del perímetro y características arquitectónicas y constructivas del objeto.
• Tecnología de construcción de objetos.
• El nivel, la aparición de aguas subterráneas, los cimientos de los edificios no puede estar más cerca de ellos de 500 mm.
• La profundidad de congelación del suelo, que debe ser de al menos 300 mm.
• Relieve de la parcela.

En la sección de excavación, se realiza el cálculo para objetos complicados dentro de los parámetros del proyecto de construcción. Los profesionales deciden la profundidad de la fosa que hay que excavar para que sirva de cimientos sólidos teniendo en cuenta todas las características mencionadas anteriormente.

La cantidad exacta de tierra o material que debe retirarse debe determinarse para calcular el volumen de trabajo de excavación necesario para desarrollar una zanja. Normalmente, en este procedimiento se miden la longitud, la anchura y la profundidad de la excavación y, a continuación, se calcula el volumen total a partir de los valores medidos. Los cálculos precisos son cruciales para organizar un proyecto, establecer un presupuesto y garantizar un proceso de excavación seguro y eficaz. Cualquier persona puede gestionar proyectos de excavación de forma más eficaz y evitar errores costosos si conoce los fundamentos de estos cálculos.

Datos iniciales para el cálculo

El cálculo de la capacidad cúbica de la excavación se considera un paso crucial para calcular los gastos de mano de obra y los marcadores de costes del muestreo del terreno. Las estimaciones de los trabajos de construcción e instalación, los métodos tecnológicos desarrollados para procesos de construcción importantes, los métodos de ejecución de los trabajos y los indicadores técnicos y económicos se basan en los volúmenes de suelo.

La necesidad de trabajadores, herramientas de construcción, vehículos de transporte y suministros de construcción se determina en función de los resultados.

El secreto para calcular el volumen es el área. La fórmula del área para las formas geométricas más básicas, como un círculo o un paralelogramo, se puede encontrar en la mayoría de las fórmulas. El área resultante se multiplica por la altura para obtener la capacidad cúbica. La fosa puede dividirse condicionalmente en configuraciones clásicas más pequeñas si no tiene la forma adecuada.

Un indicador importante es la profundidad de la fosa, que se establece por el espesor de la cimentación, así como las capas aislantes, que incluyen el drenaje del depósito, los espacios en blanco de hormigón y los cojines de arena y piedra triturada. Sin embargo, no hay distinciones significativas entre una losa monolítica y una cimentación de varias franjas a la hora de calcular la profundidad de excavación.

Las características del fondo de la planta se deciden durante la fase de diseño, en la que también se tienen en cuenta el intervalo de encofrado, las técnicas de construcción y la geometría de los cimientos. El nivel de las aguas subterráneas que rodean el perímetro del hoyo y la profundidad a la que se hiela el suelo son los dos factores fundamentales que determinarán este parámetro.

Utilizando los datos de diseño, se puede determinar la profundidad de las excavaciones a partir del "negro" o "cero marca del plano del suelo a la marca donde se coloca la cimentación. Si se calcula adicionalmente este volumen, a la profundidad de excavación se le resta el grosor de la retirada de tierra vegetal.

Las características del sótano y los cimientos, como el grosor de la capa aislante y el encofrado con fijaciones, deben tenerse en cuenta a la hora de determinar la anchura y la longitud de una excavación con paredes verticales.

La relación entre la altura de la fosa y la longitud del talud indica la pendiente de la fosa. Tanto la altura de la fosa como el estado del suelo afectan a este indicador. Hay que conocer estos valores fundamentales para calcular el volumen de excavación.

Si el hoyo tiene ciertas dimensiones, por ejemplo:

• anchura (H): 10 m;
• longitud (L): 16 m;
• profundidad (H), 3 m;
• profundidad de excavación y longitud del talud, 1:2 (uno a dos);
• El perímetro de la escotadura es igual, 52 m;
• La superficie del foso será igual, 160 m2;
• cubicación del suelo, 948 m3.

Es preferible utilizar los datos de la sección transversal del terreno del promotor, si dispone de ellos, a la hora de determinar el volumen. Los datos de la sección transversal se muestran en el proyecto y proporcionan información sobre la altura y la ubicación de los puntos a nivel del suelo. La superficie puede determinarse utilizando estos puntos como coordenadas.

Un planímetro digital electromecánico es la forma más rápida de calcular el área de formas irregulares. En él, una forma geométrica compleja se controla de forma independiente mediante el determinante de contorno, mientras que la forma se dibuja en una escala. El planímetro realiza una lectura digital del área tras introducir un coeficiente a gran escala.

Las principales opciones de trazado

En una serie de sencillos pasos, se establecen todas las dimensiones necesarias para calcular los trabajos de preparación de hoyos, zanjas y terraplenes. El volumen de la futura fosa de excavación se divide en secciones discretas con longitudes estándar que oscilan entre 100 y 200 metros para agilizar el cálculo.

En primer lugar, se calcula el volumen de suelo de cada sección y, a continuación, se totalizan los resultados. A continuación, se utiliza un proceso para elaborar la obra, teniendo en cuenta la necesidad de almacenar o retirar tierra del lugar para rellenarla. A continuación se indican los algoritmos y fórmulas de cálculo más utilizados.

Fórmula de cálculo de un polígono con taludes

Determinar las áreas F1 superior y F2 inferior para esta configuración de excavaciones dividiéndolas en múltiples figuras regulares. Encuentre la línea media y calcule el área media Fmedium de la excavación sobre ella, teniendo en cuenta los indicadores de la profundidad de excavación H.

La siguiente fórmula de cálculo determina el volumen total de la excavación con taludes y configuración poligonal:

F1/F2/Fcp: la región en la parte superior, inferior y media de la excavación m2.

Para calcular correctamente el volumen, hay que tener en cuenta la cilindrada de las vías de entrada y salida de la zanja:

1. Vcat. – volumen neto de la excavación únicamente, m3;
2. Ventry/Vexit. – volumen de las vías de entrada/salida, m3;
3. n – número de vías de entrada/salida.

A partir del volumen total de la excavación, se calcula la capacidad cúbica de la vegetación cortada, que normalmente se retira con una excavadora, y la capacidad cúbica del déficit en el fondo de la excavación, que se desarrolla con una excavadora para no perturbar la resistencia e integridad del suelo en la base de los cimientos.

Con paredes verticales en una superficie plana

La técnica más sencilla es la excavación en una superficie nivelada y nivelada con forma de rectángulo y paredes escarpadas de igual tamaño.

En este caso, la fórmula necesaria para el cálculo será la siguiente:

1. valor del volumen V, m3;
2. F – tamaño del área, m2;
3. Indicador de anchura B, m;
4. H-altura real, m;
5. L-longitud de la sección, m.

para excavar una sección rectangular simple con dimensiones:

• B =10 m;
• L = 6 m;
• H =2 m;
• volumen de excavación (V) = 320 m3;
• superficie en planta (F) = 160 m2;

Así aparecerá el cálculo

• V = 10 x 16 x 2 = 320 m3;
• F = L x B = 10 x 16 = 160 m2.

Con paredes verticales con vértices diferentes

Cuando se desarrolla una fosa, sus esquinas suelen tener niveles variables, lo que hace necesario el uso de una fórmula única.

Por ejemplo, si la fosa tiene cuatro vértices distintos de forma rectangular regular:

1. B =5 m;
2. L=10 m;
3. H1=2 m;
4. H2=3 m;
5. H3= 2 m;
6. H4 =4 m.
7. Volumen de excavación: (V) = 137.5 m3.
8. Superficie (F) = 50 m2.

Calculamos

V = 5 x 10 x ( 2 + 3 + 2 + 4)/4 = 137.5 m3 es igual a B x L x ( H1 + H2 + H3 + H4)/4.

5 x 10 = 50 m2 es igual a F = B x L.

Con pendientes en terreno planificado

El tamaño de la estructura, teniendo en cuenta el espacio entre ella y la base del talud que es superior a tres metros, determina la anchura B base y la longitud L base en la base. La inclinación de la pendiente se tiene en cuenta en el cálculo de las dimensiones de la parte superior del pozo. El coeficiente de pendiente lo determina.

Para calcular este indicador se puede utilizar la siguiente fórmula dividiendo la altura de la excavación por la pendiente:

Por ejemplo, en el caso de una fosa que posea los atributos siguientes:

• Anchura en la base de la fosa (Bосн), 4 m;
• Longitud en la base de la fosa (Lосн), 6 m;
• Altura (H), 2 m;
• El suelo elegido es franco;
• coeficiente m = 0.5.

1. Bup = H * m + Bosn + H * m = 2 * 0.5 + 4 + 2 * 0.5 = 6 m.
2. V = (Bosn + Bup) / 2 * H * Losn = (4 + 6) / 2 * 2 * 6 = 60 m3.
3. El volumen de la zanja será igual a (V) = 60 m3.
4. F = (Bosn + Bup) / 2 x H = (4 + 6) / 2 x 2 = 10 m2.
5. Área seccional: (F) = 10 m2.

Del mismo modo, la ecuación para una excavación de forma cuadrada es:

H /3 x (Fosn + Fup) + (Fosn x Fup) x 0.5 es igual a Vk.

En el caso de una fosa de configuración poligonal:

Vk es igual a H /6 x (Fосн + Fверх + 4 Fср), donde Fср es el área de la sección transversal en metros al cuadrado a la altura media.

Los volúmenes de las excavaciones estrechas de menos de 15 metros pueden determinarse mediante estas fórmulas. Una dragalina, que estará situada en la superficie de la tierra, puede profundizarlas.

Cuando se trata de zonas amplias, las operaciones de tierra se llevan a cabo con una excavadora en el fondo que utiliza la "pala recta" en este caso, a la capacidad cúbica de la excavación hay que sumarle la superficie necesaria para organizar las entradas.

Una fosa de sección circular con taludes

Se utiliza la fórmula del cono truncado invertido para determinar la capacidad cúbica de una excavación en fosos con sección transversal circular y taludes.

Los radios superior e inferior de un cono truncado se denotan por R y r, respectivamente.

Para un pozo circular con pendientes, por ejemplo:

• Anchura de la base inferior D1=2r, 3 m;
• diámetro superior D2= 2R, 5 m;
• altura de la excavación (H), 3 m;

Fórmula de cálculo del volumen:

V igual a 3.14 veces ((D1 + D2) / 2)314 x ( (3 + 5) / 2 = 2 / 4 * H3 x 2 / 4 = 37.699 m^}

El volumen del pozo se determinará multiplicando V por 37.699 m3.

Los fosos suelen construirse en grupos para objetos como digestores y tanques de decantación que tienen partes cónicas y cilíndricas. Se excava en el suelo en dos etapas

1. en primer lugar, se organiza un rebaje rectangular general hasta la marca de instalación de los elementos cilíndricos;
2. entonces se realiza una excavación para elementos cónicos, por lo tanto, el cálculo del volumen de muestreo del suelo se realiza en 2 etapas.

Cuánto relleno se necesita?

Los volúmenes de los rebajes se representan esquemáticamente en esta figura. Se rodean de prismas con lado "a" y diferentes marcas en las cuatro esquinas, h1, h2, h3 y h4.

Marcas con a"-" signo en este caso denota la implantación del terraplén, y marca con una"+" signo denota la fosa. La suma de los volúmenes de cada prisma individual en el emplazamiento da como resultado el volumen total del suelo elegido.

El método del prisma triangular se aplica cuando hay desniveles en el terreno con líneas horizontales cerradas. En este caso, la cantidad de obra se determina creando triángulos a partir de rectángulos o cuadrados divididos en diagonal. Los resultados se procesan con suficiente precisión utilizando este método.

Tras la construcción de la fosa, hay una serie de espacios vacíos en sus paredes, así como puntos de entrada y salida, que deben rellenarse con tierra que tenga un volumen de relleno V.

Para determinarlo se utiliza la fórmula: la diferencia entre la parte profunda V cap y el volumen de excavación V total.

Cuando las estructuras se extienden hasta un metro por encima del plano del suelo y el suelo circundante rellena el espacio, el volumen del relleno se denomina V relleno.

Calculado como el volumen de la pirámide con el vértice V truncado. menos el volumen vertido V relleno, medido por la altura h del relleno:

Se levanta un terraplén sobre estructuras con techos que están situadas en fosos, como tanques de almacenamiento subterráneos o tanques de gas licuado.

El volumen de una pirámide con un vértice truncado V se utiliza para calcular su volumen. menos el volumen de lo que se va a llenar. El volumen total de suelo necesario para rellenar estructuras, rellenar senos y crear un terraplén sobre ellos debe incluirse en el volumen de la capa de suelo que se mantiene en reserva en la barra de excavación. La capa de suelo adicional se aleja de la obra.

Dificultades

En la vida real, los pozos simples de forma rectangular son casi inexistentes.

Sin embargo, los proyectos cruciales de construcción de viviendas suelen requerir fosos profundos con secciones transversales intrincadas.

El cálculo se complica por el hecho de que los taludes de excavación con el ángulo estándar deben formarse en suelo húmedo.

Al determinar el prisma de un posible derrumbe del suelo, se instala.

Como resultado, la sección transversal de la excavación tiene forma trapezoidal y una línea de inclinación recta o escalonada. Al dividir la forma en triángulos, cuadrados o rectángulos sencillos, se puede determinar su área.

Este ángulo se calcula para un tipo particular de suelo de acuerdo con SNiP 12-03.99. De acuerdo con estos códigos de construcción, el ángulo más pequeño que puede utilizarse cuando se excava a una profundidad superior a 5 metros es de 80 grados, y para un suelo a granel no compactado con una inclinación de pendiente de 1.5, el ángulo debe ser de al menos 56 grados. Además, el ángulo de reposo aumenta y puede alcanzar los 90 grados centígrados en el caso de la arcilla o la marga.

Además, la densa capa natural se afloja durante la retirada de la tierra de una fosa, lo que significa que el volumen de tierra exportada aumentará. Esto debe tenerse en cuenta en los cálculos.

Para los suelos de las categorías 1 a 4, deben tenerse en cuenta los siguientes coeficientes de aflojamiento de SNiP al realizar los cálculos:

1. Arena suelta, a partir de 1.05 a 1.15.
2. Arena húmeda, de 1.1 a 1.25.
3. Marga y grava fina, a partir de 1.2 a 1.35.
4. Arcilla pesada, a partir de 1.35 a 1.5.

Debe tener en cuenta la inclinación de las pendientes para calcular con precisión la anchura superior de la zanja. La debilidad del suelo determina la inclinación de la pendiente cuando se superponen diferentes tipos de cobertura del suelo.

Las dimensiones de la fosa deben determinarse con precisión para calcular los volúmenes de suelo. Por ejemplo, cuando se prepara un terreno para cimentación en franjas, la anchura del fondo de la zanja es igual a la base de cimentación más un 0.2 metros a cada lado para la preparación del hormigón.

Errores de cálculo y soluciones

La estimación precisa de los volúmenes de suelo requiere una cuidadosa consideración de numerosas variables, lo que hace que el proceso sea laborioso y complicado.

Todo el proceso de preparación de la fosa irá mal, con una violación tecnológica y una sobreestimación de los costes de construcción, si el diseñador comete el más mínimo error. Una fosa de cimentación mal construida puede causar retrasos en la construcción de los cimientos y poner en peligro la fiabilidad de la instalación.

El mapa tecnológico sirve de guía a los especialistas cuando realizan los cálculos de acuerdo con las siguientes normas de construcción:

1. La capacidad cúbica del terreno se establece en función de los materiales de diseño, teniendo en cuenta la clasificación del suelo por tipos y grupos.
2. Tener en cuenta la ubicación de los suelos húmedos. Se incluyen las capas situadas por debajo del nivel freático y por encima de él. Por ejemplo, para arenas gruesas y finas a 0.3 m más alto, para franco arenoso a 0.5 m, arcillas y suelos loess por 1.0 m.
3. El nivel de las aguas subterráneas se establece utilizando el pozo con la mayor elevación.
4. Para determinar correctamente el volumen de desarrollo de la excavación, se recomienda completar primero un diagrama con las dimensiones del plano y las secciones de las excavaciones.
5. Si la cantidad de corte de suelo vegetal se calcula por separado, a la profundidad de excavación se le resta el grosor de la capa de corte.

Actualmente, el programa AutoCad Civil 3d, que tiene una gran capacidad de precisión de cálculo, utiliza un levantamiento geodésico y un taquímetro para calcular el volumen de suelo de las instalaciones de soporte vital.

Para realizar cálculos precisos, se deben seguir los siguientes pasos:

1. Realización precisa de un levantamiento topográfico de la configuración inicial.
2. Formación de un modelo digital del territorio y de la fosa diseñada.
3. Cálculo del cartograma.
4. Finalización de la fase de oficina. En este caso, los ingenieros procesan los datos y preparan la documentación técnica en software con licencia.
5. Realizar el levantamiento de los ejes de diseño del objeto y establecer los parámetros de los taludes.
6. Construcción de carreteras de acceso provisionales.
7. Determinar la disposición del suelo en los vertederos.
8. Control de las marcas de elevación de la fosa.

Precios de los servicios para el desarrollo y la construcción

Para preparar los cálculos estimativos, tienen en cuenta el tamaño de los cimientos, la naturaleza y las características del proyecto de construcción previsto, y si la fosa se colocará en todo el solar o sólo en secciones concretas del mismo.

Además, en la elaboración de las estimaciones se tienen en cuenta los siguientes factores

1. Método de trabajo – manual o mecánico.
2. Tipos de mecanismos y máquinas utilizados.
3. Plan de movimiento de tierras y distancia de transporte.
4. Etapa de fijación de las paredes.
5. Presencia de aguas subterráneas y ubicación de masas de agua superficiales.
6. Parámetros del suelo.

Puede obtener un ejemplo de presupuesto haciendo clic en este enlace.

Costes estimados de relleno, desarrollo y retirada:

No	Tipo de operaciones de asentamiento	Unidades	Precio, rublos
1	Excavación de suelo arenoso a mano	m 3	720
2	Desarrollo de suelo arcilloso y suelo colmatado con piedra, manualmente	m 3	1000
3	Relleno de tierra mediante el método de compactación por capas	m 3	500
4	Selección del suelo con excavadora	m 3	200
5	Retirada de tierra por transporte	m 3	400
6	relleno	m 3	550
7	Corrección del perfil del fondo – nivelación	m 2	40
8	Compactación del suelo	M2	109
9	Realización de la cimentación por medios mecánicos	m 2	130

Ilustración de cómo determinar el coste de la excavación:

• Perímetro de excavación, 52 m.
• Área de excavación, 160 m2.
• Profundidad de excavación, 3 m.
• Relación entre la profundidad y la longitud del talud 1:2.
• Coste de excavación, 200 rublos por metro cúbico (1 m3).
• Coste de transporte, 450 rublos./m3.
• Volumen de la muestra de tierra, 948.00 m3.
• Coste de los trabajos. 189.600 RUBLOS.
• Coste del transporte de la tierra, 426.600 rublos.

Paso	Descripción
1. Medir la superficie	Determinar la longitud y la anchura de la base del pozo.
2. Medir la profundidad	Averiguar la profundidad de la fosa desde la superficie hasta el fondo.
3. Calcular el volumen	Multiplique la longitud, la anchura y la profundidad para obtener el volumen.
4. Ajuste de pendientes	Si la fosa tiene lados inclinados, ajuste el cálculo del volumen para tenerlo en cuenta.
5. Comprobar las condiciones del suelo	Tenga en cuenta el tipo de suelo y la compactación, que pueden afectar al volumen de material excavado.

Comprender el proceso de estimación de la cantidad de excavación necesaria para el desarrollo de un tajo es esencial para garantizar que su proyecto se mantiene dentro de los plazos y el presupuesto previstos. Puede calcular la cantidad exacta de material que debe retirarse midiendo con precisión las dimensiones de la fosa y utilizando las fórmulas pertinentes. Esto ayuda a estimar los costes, además de a planificar.

Puede determinar el volumen midiendo la longitud, anchura y profundidad de la excavación y aplicando principios geométricos básicos. Deben tenerse en cuenta las formas asimétricas o las pendientes, ya que pueden influir en el volumen total. Las mediciones y los ajustes para este tipo de complejidades también pueden realizarse con mayor precisión consultando a expertos o utilizando software especializado.

Calcular con precisión los volúmenes de excavación garantiza que se asignen los recursos adecuados y ayuda a evitar sorpresas durante la construcción. Este enfoque proactivo puede evitar retrasos costosos y facilitar la ejecución del proyecto. Recordar estos cálculos le ayudará a gestionar eficazmente el proyecto y a obtener buenos resultados en la construcción.

Vídeo sobre el tema

Cálculo de volúmenes de excavación

Cartograma del movimiento de tierras. Creación de superficies en Civil 3d. Cálculo de los volúmenes de excavación.

Trabajo práctico No. 1 Movimiento de tierras