MOVIMIENTO O DE TIERRAS se entienden todas las operaciones de conformación del terreno Por MOVIMIENT existente, también denominado TERRENO NATURAL, mediante la maquinaría adecuada, que nos permitirán obtener, con la geometría adecuada, la nueva disposición del terreno adaptada a las necesidades del proyecto. (RASANTE DE OBRA).
CLASIFICACION DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS En función del tipo de terreno y de la infraestructura a construir: VACIADOS: Excavaciones localizadas, de poca o mediana profundidad, propios de las obras de edificación. En zonas rurales se acometerán directamente, dándole cierta inclinación a las paredes de la excavación (TALUDES). En zonas urbanas, será necesario previamente la ejecución de una pantalla de hormigón o de pilotes, para garantizar la estabilidad del vaciado. CONFORMACIONES: Movimientos de tierras ligeros, que se adaptan sensiblemente al terreno existente causando poco impacto visual y ambiental. Propio de ejecuciones de parques o infraestructuras superficiales (urbanizaciones), donde se modifica poco el aspecto del terreno natural. EXPLANACIONES: Excavaciones en las que se mueven grandes cantidades de terreno, produciendo gran variación en el terreno natural existente. Propio de grandes infraestructuras industriales y de obras lineales (carreteras, ferrocarriles, canales).
MOVIMIENTO O DE TIERRAS se entienden todas las operaciones de conformación del terreno Por MOVIMIENT existente, también denominado TERRENO NATURAL, mediante la maquinaría adecuada, que nos permitirán obtener, con la geometría adecuada, la nueva disposición del terreno adaptada a las necesidades del proyecto. (RASANTE DE OBRA).
CLASIFICACION DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS En función del tipo de terreno y de la infraestructura a construir: VACIADOS: Excavaciones localizadas, de poca o mediana profundidad, propios de las obras de edificación. En zonas rurales se acometerán directamente, dándole cierta inclinación a las paredes de la excavación (TALUDES). En zonas urbanas, será necesario previamente la ejecución de una pantalla de hormigón o de pilotes, para garantizar la estabilidad del vaciado. CONFORMACIONES: Movimientos de tierras ligeros, que se adaptan sensiblemente al terreno existente causando poco impacto visual y ambiental. Propio de ejecuciones de parques o infraestructuras superficiales (urbanizaciones), donde se modifica poco el aspecto del terreno natural. EXPLANACIONES: Excavaciones en las que se mueven grandes cantidades de terreno, produciendo gran variación en el terreno natural existente. Propio de grandes infraestructuras industriales y de obras lineales (carreteras, ferrocarriles, canales).
En obra civil, las operaciones propias de un movimiento de tierras son: Proceso de excavación del terreno natural, rompiendo su cohesión y retirándolo de la zona, hasta conseguir llegar a la cota que define la RASANTE de la obra. TERRAPLEN: Acción de rellenar, con materiales adecuados, las zonas deprimidas de la obra con el fin de poder alcanzar la cota indicada en la rasante de la obra. DESBROCE: Operación previa a las dos anteriores, consistente en retirar la capa de tierra superficial, compuesta en su mayor parte por materias orgánicas en descomposición y de elementos vegetales en superficie.
DESMONTE:
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CLASIFICACION DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS SEGÚN EL ENTORNO - EXCAVACION A CIELO ABIERTO: Cuando se realiza directamente en superficie. -EXCAVACION SUBTERRANEA: Cuando se realiza bajo tierra (túneles, minas, pozos). - EXCAVACION SUBACUATICA: Cuando se realiza en zonas cubiertas por el agua.
CLASIFICACION DE LAS EXCAVACIONES SEGÚN LA MORFOLOGIA DEL TERRENO -EXCAVACIONES EN TERRENO DISGREGABLE: Las que se realizan en terrenos con cohesión floja, media o dura, mediante el uso de maquinaría y sistemas de trabajo convencionales. - EXCAVACIONES EN ROCA: Para la excavación del terreno debe recurrirse a martillos rompedores o, en su caso, voladuras.
ENSAYOS ENSA YOS GEOTECNICOS Es muy importante, para poder realizar la adecuada elección de maquinaria y métodos de trabajo, realizar unos ENSAYOS ENSAYOS GEOTECNICOS GEOTECNICOS lo más completos posible del terreno donde se va a ejecutar la obra, para determinar sus propiedades: CALICATAS, SONDEOS, EXTRACCION DE TESTIGOS, PENETROMETROS, etc.
DISTINTOS ESTADOS DEL TERRENO. ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE CONVERSION VOLUMETRICA TERRENO EN BANCO: Es el terreno en su estado natural, antes de ser excavado TERRENO SUELTO: Es el mismo terreno, una vez excavado. El volumen ocupado por este SERA SIEMPRE MAYOR MAYOR que su correspondiente en banco. El aumento de volumen es debido a la rotura de las fuerzas de cohesión internas del terreno, y al esponjarse al mezclarse con el aire del ambiente ESPONJAMIENTO (e): Aumento de volumen que sufre el terreno al ser excavado y depositado, bien amontonado en ACOPIOS, o bien al ser cargado en camiones. El esponjamiento dependerá del tipo de terreno excavado. TERRENO CONSOLIDADO o COMPACTADO: Es el material de relleno, sometido a acciones mecanicas de compactación. Su volumen será SIEMPRE MENOR que el terreno suelto y que el terreno en banco. FACTOR DE ESPONJAMIENTO = (1+e): Valor por el que hay que multiplicar el volumen del material en banco, para obtener el volumen de dicho material en suelto. En tanto por ciento:
FACTORES DE ESPONJAMIENTO DE LOS MATERIALES DE EXCAVACIÓN MÁS USUALES
FACTOR DE CONVERSIÓN VOLUMÉTRICA (FCV). Nos permite pasar del volumen de material suelto a material en banco. Es más empleado en EEUU. F.C.V. = 1/ (1+e) COEFICIENTE DE CONSOLIDACION (c): Es la disminución del volumen al pasar de material suelto a material compactado. Dependerá de las características del material.
CUBICACION DE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRA Cualquier método de cubicación que empleemos siempre nos dará un valor aproximado de la excavación real. A.- CUBICACION DE UN VACIADO: La forma más simple y rápida es la siguiente: - Medimos la superficie superior del vaciado, y medimos la superficie del fondo de excavación. Estas mediciones se realizarán, bien a través de observaciones topográficas, o por descomposición en superficies simples conocidas (triángulos, trapecios, rectángulos). -A continuación, mediremos las alturas, lo más verticalmente posible, existentes en los vértices que definen el vaciado, entre la superficie y el fondo de la excavación. - El volumen lo obtendremos a través del producto del promedio de las superficies por el promedio de las alturas obtenidas.
FORMULAS PARA CALCULAR LA CUBICACION DE UN VACIADO - Para obtener las superficies superior e inferior : Descomposición en triángulos y aplicación TEOREMA DE HERÓN:
Conocidas las superficies, calcularemos la superficie media:
Sm = (S sup + S inf) / 2 Para obtener el volumen, calcularemos la altura media en todos los vértices de la excavación:
Hm = altura media = (H1+H2+…+Hn) / n Y el volumen:
V = Sm x Hm
Para cubicaciones más precisas (caso de canteras o zonas de extracción de minerales) se recurre a la CUBICACION POR CUADRICULA. Previo a la excavación, se replanteará sobre el terreno natural una cuadricula de lado determinado según la precisión que busquemos. Una vez realizadas las excavaciones, el volumen del material extraído se obtendrá cubicando todos los prismas afectados, de base cuadrada, y de altura, la media de las alturas en sus vértices:
V=
CUBICACION DE EXCAVACIONES EN ZANJA Una ZANJA es una excavación línea, de mayor o menor profundidad, de gran longitud respecto a su profundidad, para la instalación de diversos servicios subterráneos. La cubicación exacta se realiza aplicando la fórmula del PRISMATOIDE, cuerpo geométrico cuyas caras laterales son polígonos regulares (generalmente trapecios o rectángulos) y su base y su cara superior, rectángulos o trapecios paralelos.
Donde: S1 = Área sección transversal inicial; S2= Área sección transversal media; S3= Área sección transversal final; d = distancia reducida entre las secciones transversales extremas. En la práctica se emplea una simplificación de esta formula, válida siempre que el tramo de zanja comprendido entre cada dos secciones varié de forma uniforme.
PROCEDIMIENTO PARA EJECUTAR LA EXCAVACION DE ZANJAS (Y VACIADOS) TRABAJOS
PREVIOS
- Estudio Geológico de la zona. Es importante conocer el terreno donde vamos a ejecutar la zanja. Nivel freático. Talud natural del terreno. Capacidad portante del terreno. Rellenos o actuaciones realizadas en la zona. - Estudio de las edificaciones próximas y sus cimentaciones. Análisis de sobrecargas y vibraciones producidos por vías de comunicación cercanas o instalaciones industriales. - Existencia en la zona de trabajos de otras instalaciones subterráneas . - DESBROCE del terreno donde se va a ejecutar la zanja. Previsión de construcción de caminos de acceso para maquinaria y camiones a lo largo de la zanja. Para el desbroce, se empleará la maquinaria adecuada al espesor de tierra vegetal a retirar: bulldozer, pala de cadenas, motoniveladora, mixtas con pala recta, etc. - En el caso de aparecer nivel freático, determinación de puntos de extracción de agua, (instalación de bombas) y zonas de desagüe. TRABAJOS
TOPOGRÁFICOS
- Replanteo del eje y de los bordes (cabezas de talud) de la excavación, materializándolos con estacas, generalmente cada 10 metros, donde, una vez niveladas en cabeza, se anotará el PK correspondiente y la COTA ROJA NECESARIA. Es conveniente que las estacas de borde se RETRANQUEEN de su posición exacta, para asegurar su permanencia a lo largo de los trabajos. En las estacas deben indicarse el valor de los taludes.. - Materialización de dichas líneas en el terreno mediante marcas con YESO, CAL, u otro material pulverulento que destaque. ( en asfaltos u hormigones, con pintura en espray o
EXCAVACION
DE LA ZANJA
- Se emplearán RETROEXCAVADORAS, ya sean MIXTAS (retropala cargadoras) o retroexcavadoras convencionales (de ruedas o de cadenas), de forma que deben situarse sobre el eje de la zanja. Es importante comenzar la excavación, siempre que sea posible, a favor de la pendiente ascendente, iniciándola por el punto más bajo. Así la zona de excavación estará libre de agua en el caso de inundaciones. Los camiones se situarán al costado de la retroexcavadora, a una distancia mínima mayor que la altura de la zanja, para evitar sobrecargas que produzcan derrumbes. El giro de la retroexcavadora en el proceso de carga no debe ser mayor de 90º. - Las paredes laterales deberán quedar con el talud definido en proyecto. Es aconsejable que se descabece , con presión del cazo, los bordes de la excavación, para evitar caída de material suelto a la zanja. - El fondo de excavación debe quedar limpia y compactada. Se debe retirar todo material suelto. El fondo, una vez rasanteado (de forma manual) se compactará mediante el uso de pequeños rodillos de lanza, rodillos autónomos especiales para zanja o bandejas vibrantes. A continuación, si el proyecto así lo indica, se echara la cama de asiento (hormigón en masa o arena).
- Si se va a emplear el material excavado para el posterior relleno de la zanja (situación bastante general en obra), el material se dejará acopiado a un lado de la zanja, operación denominada ACOPIO EN CABALLEROS. Estos acopios deben situarse separados del borde de la zanja, al menos, a una distancia igual a la profundidad de la misma. - El rasanteo del fondo se realizará bajando sobre una estaca colocada en el fondo, la COTA ROJA indicada en la estaca superior, y a partir de ella, con un reglón metálico auxiliar acompañado de un nivel de albañil, se irá marcando la horizontal y aumentando el incremento de cota que marque la rasante del fondo de la zanja (mediante tacos de madera colocados en el otro extremo).
TALUD DE EXCAVACION EN LAS PAREDES DE UNA ZANJA O VACIADO TALUD: Inclinación que se le da a la pared de la excavación con el fin de equilibrar las fuerzas de empuje del terreno, descompensadas a la hora de excavar. Por definición, es el tangente del ángulo que forma la pared excavada con la vertical. El talud evitará posibles desprendimientos o deslizamientos del terreno, que producirían el atrapamiento del personal en el interior de la zanja. La inclinación que demos al talud dependerá de las características y cohesividad del terreno excavado. El talud se define como el cociente entre la distancia en horizontal y la distancia en vertical que conforma la pared del talud. En terrenos rocosos, dicho talud podrá ser casi vertical. SEGÚN LA NTP 278 (Norma Técnica de Prevención) DEL INSTITUTO NACIONAL DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL TRABAJO, NO SE PERMITE LA EXCAVACIÓN DE ZANJAS DE PROFUNDIDAD MAYOR QUE 1.30 METROS CON PAREDES VERTICALES, SIN TALUZAR O ENTIBAR.
Cuando, por motivos constructivos, no sea posible dar un talud a la pared de las zanjas o vaciados, habrá que recurrir a la ENTIBACION de las paredes de la zanja. ENTIBACION: Refuerzo y sostenimiento de las paredes verticales de una zanja, mediante el uso de recubrimientos construidos en madera o chapas metálicas, apuntaladas entre si y al terreno. En el caso de excavaciones de zanjas profundas, se realizarán BANCADAS HORIZONTALES (BERMAS), de un ancho mínimo de 65 cm, cada 1.30 de profundidad, con objeto de servir de protección en caso de desprendimiento de material desde la cabeza del talud.
Cuadro con la máxima altura admisible para excavar con talud, en función de la resistencia a compresión simple del terreno, para ángulos de pendiente entre 30º y 60º y sin carga en su parte superior. (NOTA: El ángulo de talud = 90º - ángulo de pendiente)
Distancia de seguridad que deberemos dejar con respecto al borde de la zanja o excavación, respecto a cimentaciones próximas o vías de comunicación.
ENTIBACION Sistema de fortificación de una excavación. Consiste en reforzar el corte vertical de una excavación, para evitar su derrumbamiento, lo que podría producir un atrapamiento del personal que trabaja en su interior. Se emplea cuando no es posible ejecutar taludes. La entibación debe ser calculada minuciosamente, teniendo en cuenta tanto el tipo de terreno a excavar como los materiales empleados. También es muy importante tener en cuenta las sobrecargas en las proximidades de la excavación, bien por acopio de materiales, por circulación de vehículos o por la existencia de cimentaciones próximas. OBLIGATORIA PARA EXCAVACIONES CON PAREDES VERTICALES DE ALTURA > 1.30 METROS
SISTEMAS DE ENTIBACIÓN Para entibar pueden emplearse diversos materiales y métodos constructivos. Su elección dependerá del tipo de terreno, de las cargas, y de la propia naturaleza de la obra. Los más empleados son: ENTIBACION “IN SITU” CON MADERA ENTIBACION CON MODULOS PREFABRICADOS, que podrán ser de paneles de madera contrachapada o con paneles metálicos. En cualquier caso, los elementos que aseguran la separación entre dichos paneles serán: -CODALES: De madera (rollizos libres de pandeo) o puntales metálicos telescópicos. Se sitúan horizontalmente entre los paneles. En el caso de los rollizos se ponen en tensión mediante CUÑAS DE MADERA (eguiones). - PUNTALES: Elementos, bien de madera o metálicos, que se colocan en diagonal, afianzando el tablero de entibación y por el otro extremo, apoyando firmemente anclados en el terreno. Tambien se denominan TORNAPUNTAS. Se aseguran con estacas y cuñas y CARRERAS, o • •
CONSIDERACIONES PREVIAS SOBRE LA ENTIBACION La entibación es un elemento de protección. Por tanto, debe ejecutarse a medida que se va realizando la excavación. •
La robustez de la entibación estará en función, tanto de la fuerza de empuje del propio terreno, como de las características de este, así como de las sobrecargas que actúen en el entorno de la zanja. La mayor presión se produce cuanto mayor es la profundidad, dándose las mayores presiones en el ultimo tercio del entablado. •
Las tablas de entibación deben estar SIEMPRE en contacto con la pared entibada, rellenándose en caso contrario con material de la excavación o con terrones. •
Es conveniente que la entibación sobresalga unos 15 o 20 centímetros por encima del terreno, para evitar caída de material al interior de la zanja. •
Esta TERMINANTEMENTE PROHIBIDO salir de la zanja apoyándose en el sistema de entibación. Se dispondrá de escaleras portátiles, ancladas en su parte superior, sobresaliendo al menos un metro del borde de la zanja y fijadas firmemente en sus apoyos con zapatas u otros sistemas antideslizantes, cada 10 metros. •
Antes de iniciar los trabajos cada mañana, es PRIORITARIO COMPROBAR EL ESTADO DE LA ENTIBACIÓN, cerciorándose de la solidez de los codales y puntales que sujetan dicha entibación. •
En determinados casos, puede ser interesante la aplicación de las técnicas de entibación junto con las de taluzado.
ENTIBACION CON TABLONES DE MADERA Es la técnica más antigua. Consiste en crear una pared protectora y resistente, que sujete el corte de la excavación, a base de tablas de madera, afianzadas mediante largueros o correas, y acodalados entre si y apuntalados al terreno. No obstante, hoy en día se tiende a desplazar este sistema por otros basados en módulos prefabricados. -Las ventajas de la ENTIBACION CON MADERA son: Mejor adaptabilidad a las condiciones cambiantes del terreno. Buena flexibilidad. -Los inconvenientes: - Material actualmente caro. - La desentibación es en general, costosa. Se estropea mucho material. • •
TIPOS DE ENTIBACION CON MADERA En función del tipo de terreno con el que nos encontremos: -ENTIBACION CON TABLA HORIZONTAL y ENTIBACION CON TABLA VERTICAL a) ENTIBACION CON TABLA HORIZONTAL Se emplea en terrenos que presentan buena cohesión, lo que permite tener el corte libre durante la excavación. La entibación se realizarán en fases, de entre 0.80 metros y 1 metro de profundidad, hasta llegar a la profundidad total de la zanja. La longitud máxima de las tablas de entibación será de 4 metros. Los largueros de refuerzo estarán separados en función del empuje del terreno, siendo el máximo 1.5 metros. Estos
Los espesores de las tablas de entibación, largueros así como el diámetro de los puntales estará en función de la carga que soporte el terreno. b) ENTIBACION CON TABLAS VERTICALES Método aconsejable cuando el terreno no presenta buena cohesión, o es poco resistente. Se excava por secciones sucesivas hasta un máximo de 1.50 o 1.80 de profundidad máxima, en tramos de longitud máxima de 4 metros.
Si el terreno no presenta cohesión alguna, se deberá proceder en primer lugar al clavado de las tablas verticales, para lo cual se las cortará en bisel por uno de sus extremos. Se profundizara hasta que solo nos queden aproximadamente 25 cm de tabla hincada, procediendo a su acodalamiento. A continuación, se excavará dicha sección, repitiendo la operación para seguir profundizando hasta llegar a la profundidad necesaria.
ENTIBACION CUAJADA, SEMICUAJADA Y LIGERA Con independencia de la forma de colocación de las tablas, la entibación se puede realizar, atendiendo a la cantidad de tablas empleadas para el revestimiento de la pared del corte, en: -ENTIBACIÓN CUAJADA: Cuando se cubre la pared a reforzar totalmente con madera. Se emplea en aquellos terrenos que soportan grandes cargas, o donde existan viales con trafico o cimentaciones cercanas. - ENTIBACION SEMICUAJADA: Cuando se cubre el 50 % de la superficie a entibar. Se emplea en terrenos poco cohesivos sin cargas excesivas. - ENTIBACION LIGERA: Se cubre menos del 50 % de la pared de excavación. Se emplea en terrenos cohesivos afectados por cargas próximas.
A continuación figuran tablas para el calculo de las diversas entibaciones, en función del empuje del terreno, grosor de los tablones y profundidad de la zanja.
PROFUNDIDAD MAXIMA DE EXCAVACION EN VERTICAL EN FUNCIÓN DE CARGAS EXTERIORES
P ≤ d/2
P ≤ ( h+ d/2)
Siendo: P = Profundidad del corte vertical; d = distancia del borde de coronación al borde de vial o borde de cimentación; h = profundidad de la cimentación.
ENTIBACION CON MODULOS DE PANELES METÁLICOS Hoy en día, se emplean como sistemas de entibación conjuntos de paneles metálicos acodalados entre si con codales metálicos con un sistema de apriete por rosca, que facilita su colocación. Presentan mejores cualidades que las entibaciones con madera, necesitando personal menos especializado. Otra ventaja es la de su múltiple reutilización, con operaciones de colocación más rápidas y sencillas.
SISTEMA DE EXCAVACION, COLOCACIÓN (HINCA) Y EXTRACCIÓN DE MODULOS DE ENTIBACIÓN METALICA “KM”
ANCHURA MINIMA EN EL FONDO DE LA ZANJA ENTIBADA EN FUNCIÓN DE LA PROFUNDIDAD
Anchuras mínimas recomendadas
VALOR RECOMENDADO PARA LAS PENDIENTES DE LAS PAREDES DE LA EXCAVACIÓN
NOTA: Los valores para los taludes serán los inversos de los indicados en la tabla, para las
PROFUNDIDAD CRITICA DE EXCAVACION EN ZANJA Se denomina PROFUNDIDAD CRITICA de excavación de un terreno a la profundidad máxima que se puede excavar un terreno en pared vertical estable, sin entibaciones ni taludes.
En la estabilidad de los taludes pueden influir los siguientes aspectos, que afectarán a la profundidad crítica: -Factores Climáticos: El terreno helado nos puede dar una falsa sensación de estabilidad. El agua , tanto de lluvia como de posibles roturas de conducciones, disolverá el terreno, socavando las paredes de la excavación. - Sobrecargas: La existencia de cargas en la cabeza de la zanja, cimentaciones próximas o vías de comunicación pueden producir esfuerzos no esperados en el terreno, que provoquen su derrumbe.
PRECAUCIONES EN LA EXCAVACION EN ZONA CON SERVICIOS AFECTADOS Cuando nuestra excavación transcurra en zonas donde se encuentren servicios enterrados, deberemos tomar precauciones para mantener su integridad: -Se deberá recabar toda información a los organismos públicos sobre la existencia de conducciones enterradas en la zona. - Se realizará una inspección visual para determinar si existen servicios no incluidos en el proyecto. - Se replanteará su situación en el terreno, indicando la profundidad a la que discurren. - La excavación mecánica se realizará hasta encontrarnos a 1 metro por encima del servicio afectado. - Ente + 1.00 metros y + 0.50 metros, se realizará una excavación mecánica manual, mediante martillos neumáticos o, en caso de duda, picos. - Los últimos 0.50 metros se excavarán manualmente a pala.
Si el servicio afectado quedase colgado, deberá apuntalarse convenientemente, para evitar que rompa por su propio peso.
AGOTAMIENTO DE AGUAS EN ZANJAS Si durante la excavación apareciese agua o se prevén lluvias, deberemos de preparar la excavación para el achique del agua mediante bombas. Para ello, en la parte más baja de la misma, se realizara un pequeño agujero donde se recojan las aguas y donde se situara la boca de absorción de la bomba.
DESENTIBACION (Entibaciones con madera) La operación de desentibar una zanja puede resultar más peligrosa que la propia entibación, debido a que el terreno estará más debilitado después de la excavación. En algunos casos es preferible perder el material de entibación, pues al procederse a desentibar y descomprimirse el terreno pueden producirse derrumbamientos rápidos. Como norma general, debe de comenzarse de abajo a arriba y procurando trabajar desde fuera de la zanja, levantando con ganchos y cuerdas el material. Debe hacerse en pequeñas etapas, procurando no quitar de una vez los últimos 1,5 metros de entibado. ENTIBACIONES PROFUNDAS. TABLESTACAS Las TABLESTACAS son unos perfiles de acero, de pequeño espesor y con la sección en forma de omega, que se hincan mecánicamente en el terreno, uniéndose entre si, con lo que se crea una pantalla de sujeción del terreno. Deben acodalarse entre las caras opuestas para evitar que flexionen o pandeen.
CUBICACION DE UN MOVIMIENTO DE TIERRAS DE UNA OBRA LINEAL (EXPLANACION) La cubicación de un movimiento de tierras de una obra lineal se realiza de igual forma que la explicada en el caso de las zanjas, es decir, cubicando la excavación o el relleno realizado entre cada dos perfiles transversales consecutivos, aplicando la fórmula ya vista:
Realizando esta operación para todas las parejas de perfiles consecutivos, al final, obtendremos la medición del volumen total de tierras excavadas y terraplenadas.
