¿Qué es el movimiento de tierras en la construcción? Guía completa

El movimiento de tierras es la parte de la construcción que cambia el terreno mismo: lo corta donde está alto, lo levanta donde está bajo y compacta lo que se coloca para que soporte lo que venga después. Es el oficio más antiguo de una obra y el de producto menos visible, porque una rasante terminada parece un campo. Lo que lo distingue de simplemente mover tierra es que cada yarda cúbica se define, se mide, se clasifica, se coloca y se prueba conforme a una norma escrita. Esta guía básica recorre esas normas en el orden en que un proyecto se las encuentra, para que las palabras de una tabla comparativa de cotizaciones, un registro de sondeo y un reporte de densidad signifiquen lo mismo para el propietario, el ingeniero y la cuadrilla.

Las dos mitades: excavación y terraplén

Las especificaciones públicas dividen el movimiento de tierras en dos conceptos de pago, y esa división es la definición más clara que existe del oficio. La excavación es retirar material hasta las líneas, rasantes y secciones de los planos; el terraplén es suministrar, colocar y compactar material donde el diseño necesita más terreno del que existe. La especificación estándar de 2024 del Departamento de Transporte de Texas para excavación dice, en su totalidad: "Excave las áreas como se indica en los planos o según se le indique. Retire los materiales encontrados hasta las líneas, rasantes y secciones típicas indicadas en los planos y en las secciones transversales", y hace al contratista dueño de lo que sale: el material inadecuado o sobrante se desecha fuera del derecho de vía conforme a las regulaciones locales, estatales y federales¹. La partida de terraplén es su contraparte: "Suministre, coloque y compacte materiales para la construcción de caminos, terraplenes, bordos, diques o cualquier sección designada del camino donde se requiera material adicional"².

Las normas federales de seguridad definen el corte en sí con aún más sencillez. Una excavación, en la norma de construcción de OSHA, es un corte, cavidad o depresión hecha por el hombre en la superficie del terreno y formada al retirar tierra, y quien responde por ella es una persona competente: alguien capaz de identificar los peligros existentes y previsibles y que tiene autorización para tomar medidas correctivas inmediatas para eliminarlos³. Cada corte abierto en una obra tiene una, con nombre y apellido.

Entre esas dos mitades está todo aquello por lo que se conoce el oficio: desmonte y desenraice, despalme de la capa vegetal, nivelación masiva, plataformas de cimentación, subrasante, taludes, cunetas y estanques. Cada uno es una combinación de las mismas dos operaciones, corte y relleno, regidas por las mismas mediciones.

Cómo se mide el movimiento de tierras, y por qué las cuentas de la tierra no cuadran

La excavación se mide por yarda cúbica en su posición original, calculada por el método del promedio de áreas extremas a partir de las secciones transversales, y en una obra pública es una partida de cantidad de proyecto: la cantidad que se paga es la de la propuesta, a menos que cambien los planos¹. La misma especificación agrega una oración que explica la mayoría de las disputas de movimiento de tierras: "No se considerarán factores de contracción ni de abundamiento para determinar las cantidades calculadas"¹. El ingeniero mide el hueco. Al contratista le toca lidiar con que la tierra que sale del hueco ya no cabe en él.

Una yarda cúbica de terreno ocupa tres volúmenes distintos durante una obra. En su posición original, sin alterar, es una yarda en banco. Excavada y cargada, se abunda y se convierte en una yarda suelta más grande. Colocada y compactada, se contrae, normalmente a menos de lo que era en el banco. Un informe de investigación de un departamento estatal de transporte describe el ciclo como un cambio de volumen generalmente positivo después de la excavación, del estado en banco al estado suelto, llamado expansión o abundamiento, y un cambio generalmente negativo del estado en banco al estado compactado, llamado contracción, y atribuye la mayoría de los errores de estimación en movimiento de tierras al uso incorrecto de los factores de conversión entre los tres, o a la incertidumbre en ellos⁴. La revisión bibliográfica del informe recopila los factores que usa la industria. La tabla siguiente se toma del conjunto que el informe atribuye a la Administración Federal de Carreteras.

Dos cosas de esa tabla deciden la economía de un sitio en el norte de Texas. La arcilla se contrae alrededor de una décima parte del banco al relleno, así que un sitio cuyos cortes y rellenos se compensan en el papel queda corto de tierra en el campo. Y la roca fracturada se abunda una tercera parte o más y nunca regresa a su volumen, así que un corte en la creta que yace bajo gran parte del condado de Dallas produce más material que el hueco del que salió, y el sobrante tiene que ir a algún lado. El mismo informe señala que los factores publicados tienen una variación promedio de alrededor de una tercera parte tanto para la roca como para los materiales térreos⁴, y por eso una cotización basada en un factor de tabla es una estimación, y una cotización basada en el estudio geotécnico del propio proyecto es una cifra firme.

Qué es la tierra: el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos

Antes de mover nada, se clasifica el suelo, y el lenguaje común del oficio para eso es el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, ASTM D2487. Clasifica los suelos minerales con fines de ingeniería a partir de la determinación en laboratorio del tamaño de partícula, el límite líquido y el índice de plasticidad⁵. La primera división es por tamaño de grano: un suelo es de grano fino si contiene 50 por ciento o más de finos, las partículas que pasan la malla No. 200, cuya abertura es de 0.075 milímetros, y de grano grueso si contiene menos⁶. Los suelos gruesos son entonces gravas o arenas, bien o mal graduadas, con finos de limo o de arcilla. Los suelos finos se ordenan por plasticidad: el sistema grafica el límite líquido contra el índice de plasticidad, y un límite líquido de 50 es la frontera entre baja y alta plasticidad⁵.

Las dos letras que más importan en un sitio de la Blackland Prairie son CH. La arcilla grasa (fat clay) es el suelo que se hincha, y el índice de plasticidad que la clasifica ahí es el mismo número que decide cómo se compacta e incluso si puede usarse como relleno. Los límites de Atterberg en los que se basa ese índice se miden con la norma ASTM D4318, cuyo propio alcance dice que los límites se correlacionan con la compresibilidad, la permeabilidad, la compactabilidad, la expansión y contracción, y la resistencia al corte⁷. La partida de terraplén de TxDOT convierte ese número en una regla de material: su terraplén granular Tipo A debe tener un límite líquido de 45 o menos y un índice de plasticidad de 15 o menos, mientras que el Tipo B es la categoría general de roca, suelo franco, arcilla u otros materiales aprobados². En una obra privada, el estudio geotécnico cumple la misma función: indica cuáles de los suelos del sitio pueden reutilizarse como relleno estructural.

Compactación: los dos esfuerzos Proctor

El relleno no solo se coloca; se coloca y se compacta, y la compactación se especifica con respecto a una curva de laboratorio. La curva sale de una de dos pruebas ASTM que solo difieren en qué tan fuerte se golpea el suelo. La prueba de esfuerzo estándar, ASTM D698, compacta el suelo en tres capas con un pisón de 5.5 libras que cae desde 12 pulgadas, para un esfuerzo total de 12,400 pies-libra por pie cúbico, y produce la relación entre contenido de agua y peso unitario seco de la que se leen el peso unitario seco máximo y el contenido de agua óptimo⁸. La prueba de esfuerzo modificado, ASTM D1557, usa un pisón de 10 libras que cae desde 18 pulgadas sobre cinco capas, para 56,000 pies-libra por pie cúbico, más de cuatro veces la energía⁹. Ambas pruebas ofrecen tres métodos, A, B y C, que difieren en el tamaño del molde y en la fracción de suelo que se prueba, desde material que pasa la malla No. 4 en un molde de 4 pulgadas hasta material que pasa la malla de 3/4 de pulgada en un molde de 6 pulgadas⁸⁹.

La distinción no es académica. Una especificación que pide 95 por ciento del Proctor modificado exige una capa más densa y más seca que una que pide 95 por ciento del estándar, y el mismo suelo con la misma densidad de campo pasa una y reprueba la otra. La declaración de propósito de ASTM para la prueba modificada es la razón de que existan ambas: las pruebas de compactación de laboratorio dan la base para determinar el porcentaje de compactación y el contenido de agua de moldeo necesarios para lograr las propiedades de ingeniería requeridas, y para controlar la construcción de modo que se asegure que se logren⁹.

Cómo se aprueba una capa

La compactación se controla en campo de dos maneras, y la especificación dice cuál. Con compactación ordinaria, cada capa recibe pasadas de equipo aprobado, se lleva al contenido de humedad indicado y se compacta hasta que no haya evidencia de mayor consolidación, con el espesor suelto de cualquier capa limitado a 8 pulgadas, salvo que se apruebe otra cosa². Con control de densidad y humedad, cada capa se compacta a una densidad requerida referida a la curva de laboratorio, se limita a 16 pulgadas en estado suelto o a 12 pulgadas una vez compactada, y el ingeniero prueba la densidad y la humedad de cada capa². El requisito mismo cambia con la plasticidad del suelo, y la tabla que lo muestra es la más útil del oficio para cualquiera que trabaje en arcilla.

Lea con cuidado las dos últimas filas, porque contradicen el instinto de que más denso siempre es mejor. Para la arcilla plástica, la especificación pone a la densidad un techo además de un piso, y exige que la capa se coloque en la humedad óptima o del lado húmedo². Una arcilla grasa compactada seca y dura es una capa que solo espera su primera lluvia para hincharse. La misma partida exige que, una vez aprobada la capa, la humedad se mantenga a no más de 4 por ciento por debajo del óptimo en suelos con índice de plasticidad mayor a 15, y que el material que pierda su densidad, su humedad o su acabado se vuelva a trabajar². En campo, la densidad se lee con un densímetro nuclear según ASTM D6938, que mide la densidad en sitio por la atenuación de la radiación gamma y el contenido de agua por la desaceleración de neutrones rápidos, hasta una profundidad de fuente de 12 pulgadas, y es el método aceptado para el control de calidad y la aceptación de suelo compactado¹⁰.

Los códigos de construcción llegan al mismo lugar desde el otro lado. Donde una cimentación superficial vaya a apoyarse sobre relleno compactado, el Código Internacional de Construcción (International Building Code) exige que el relleno cumpla con un estudio geotécnico aprobado, y solo exenta el relleno de 12 pulgadas o menos, y eso solo si se compacta al menos al 90 por ciento de la densidad seca máxima¹¹. No hay relleno estructural sin especificación.

Las tolerancias que debe cumplir una rasante terminada

El movimiento de tierras termina en una superficie, y la superficie tiene una tolerancia. La especificación de Texas exige para la construcción por etapas una tolerancia de 1.25 pulgadas en la sección transversal y de 1.25 pulgadas en 16 pies en sentido longitudinal, y para la construcción llave en mano, de media pulgada en ambos casos¹. Para la excavación a subrasante bajo pavimento, también exige que el material restante se escarifique al menos 6 pulgadas por debajo de la rasante y se recompacte¹, porque la superficie que deja una mototraílla no es la superficie sobre la que se diseña un pavimento. En un sitio comercial, las tolerancias vienen de los planos civiles y del estudio geotécnico, y el levantamiento final (as-built) del topógrafo es el registro de que la rasante las cumplió.

Lo que no es movimiento de tierras

El término se usa para más cosas de las que abarca. El movimiento de tierras no es la colocación de las instalaciones subterráneas, que es un oficio aparte con sus propias especificaciones, aunque la rasante tiene que quedar donde ese oficio la necesita. No es pavimentación, aunque la subrasante bajo el pavimento es el último producto del movimiento de tierras. Y no es jardinería, aunque la capa vegetal que se despalmó al principio regresa al final. Una definición clara ayuda al programa de obra: el contratista de movimiento de tierras es responsable del terreno desde el primer corte hasta la subrasante probada, y cada uno de los demás oficios construye sobre lo que ese contratista ha comprobado.

Eso es lo que hace IRONWILL Earthworks en todo Dallas-Fort Worth: el corte, el relleno, la clasificación, la compactación y el registro, en un terreno que es en su mayor parte arcilla grasa y a veces creta, para propietarios y contratistas generales que necesitan que la superficie bajo su proyecto sea un dato medido y no una suposición. Envíenos los planos y el estudio geotécnico, y cuantificaremos los volúmenes en yardas en banco, le diremos en qué se convierten en el camión y en el relleno, y le diremos con qué criterio se probarán las capas.