lec.5 earthworks for various engineering projects

Estimation, Specifications & Contracts Earthworks Lecture .5

1

Dr. Muthanna Adil Najm Northern Technical University

Earthworks for various engineering projects

Earthworks, in general, may be encountered in any civil engineering

project.

In building and small projects, the quantities of earthworks can be

calculated easily as have been shown in previous subjects and solved examples,

whereas other kinds of projects, such as roads, canals, bridges, tunnels, dams

and others, involve a huge quantities of earthworks, the calculations of which

may be somewhat complex due to random changes or variations in the natural

ground level.

DEFINITIONS

Lead: it is the average horizontal straight practical distance through which the

excavated soil is carried from the sources to the place of spreading or

dumping. Usually the work site is divided into areas or blocks and haul

distance is calculated from the centre of each block to the destination

location. When the haul distance is too long the transport must be

calculated separately.

Lift: It is the average vertical distance (height) above which the soil has to be

lifted from the source. مسافة الرفع

Quantity survey: the process of calculating the quantity of materials required to

build a project.

Mass Excavation: the requirement to excavate substantial volume of material,

usually at considerable depth or over a large area.

Structural excavation: excavation undertaken in support of structural element

construction, usually involve removing materials

from a limited area.


2


Plan view: a construction drawing representing the horizontal alignment of the

work.

Profile view: a construction drawing depicting a vertical plane cut through the

centerline of the work . it shows the vertical relationship of the

ground surface and the finished work.

Cross section view: a construction drawing depicting a vertical section of

earthwork at right angles to the centerline of the work.

Cross sections: earthwork drawings cheated by combining the project design

with field measurements of existing conditions.

Stripping: the upper layer of organic material that must be removed before

beginning an excavation or embedment. التعرية أو القشط

Mass diagram: It is a graph showing the accumulation of cut and fill with

distance from a starting, or origin, or reference point. Cut is

usually considered positive & fill negative. Mass diagram is

very useful for determining the quantities of earthworks,

computing hall distances and specifying the proper types of

equipment to perform the works.

(refer to attached details and examples – photo copy from Peurifoy)

percent وعامل التقلص %(20مناطق القطع )عادة في percent swell يتم اعتبار نسبة االنتفاخ .

shrinkage التربة المدفونة المرصوصة الحتساب حجم الحفريات أو%( 10)عادة في مناطق الدفن

.على التوالي

Bank (× 100حجمها الطبيعي ) –بعد الحفر ) رخوة ( حجم التربة = نسبة االنتفاخ )%( ( Bحجمها الطبيعي )

100 × (compacted) بعد الرصحجمها –قبل الرصحجم التربة = )%( التقلصنسبة قبل الرصحجم التربة


3


إذا كان مخطط الكميات بين محطتين أفقيا، فهذا يعني انه ال توجد مواد مطلوب نقلها في هذا الجزء من المشروع. في الواقع قد يكون هناك قطع وإمالء ضمن هذا الجزء لكنها متوازنة )أي كمية القطع تساوي تقريبا كمية اإلمالء(. وإذا كان العمل يشتمل على قطع من جانب وإمالء من جانب آخر، فان منحني الكميات ينزع أو يميل إلى االستواء الن كميات القطع يمكن نقلها من

. cross hallجانب إلى آخر وليس من محطة إلى أخرى، وهذه العملية تسمى النقل "العرضي"

إن ميل أو انحدار منحنى الكميات يزداد مع زيادة الحجوم بين المحطات، فالمنحنى وجود قطع بينما المنحنى النازل يدل على أعمال إمالئيات. يصل المنحنى إلى الصاعد يشير إلى

مناطق الذروة حيث ينتهي القطع ويبدأ اإلمالء، والى المناطق الدنيا حيث ينتهي اإلمالء ويبدأ القطع.

لو رسمنا خطا أفقيا من نقطة المرجع فانه سيقطع منحنى الكميات في نقاط معينة، وفي هذه الحالة فان كميات القطع واإلمالء ستتوازن )أي تتساوى تقريبا( بين نقاط التقاطع. إن مجموع أو حصيلة مسافة النقل الكلية يمكن حسابها من حاصل ضرب الكمية الكلية للحفريات بمعدل

. أما مركز كميات القطع أو اإلمالء فيمكن تحديده كما average haul distanceة النقل مساف يلي:

. balancing lineنرسم خطا عموديا من نقطة الذروة إلى خط الموازنة -1

نرسم خطا أفقيا يمر بمنتصف الخط المرسوم أعاله ويقطع منحنى الكميات في نقطتين -2 أو المحطات التي تقابل نقطتي التقاطع(. متقابلتين. )الحظ النقاط


4


إن النقطة أو المحطة الواقعة في الجزء الصاعد من المنحنى تمثل مركز كميات القطع -3والمحطة الواقعة في الجزء النازل هي مركز االمالئيات. أما المسافة بين هاتين المحطتين فتمثل

. haul distanceمسافة النقل لهذا الجزء

صعب لوجود عدة عوامل تؤثر في رأمالحفر بصورة دقيقة أعمالتقدير معدل انجاز إن -بمجموعتين من العوامل هي : إيجازهاويمكن ،هذا المعدل

sJob factor: عوامل تتعلق بظروف العمل والموقع منها : نوع التربة، مستوى الرطوبة والمياهالجوفية، الظروف المناخية، حرية حركة العمال والمعدات حجم العمل ومسافة نقل

Fill (m3)

Cut (m3)

Balance points

Haul distance

cut center of mass

fill center of mass


5


ظروف العمل هذه كلها مفروضة إن ... الخ .الطريق المحفورة وظروفالتربة يمكنها تغييرها. على الجهة المنفذة وال

Management factors وتتضمن تنظيم العمل، والحفاظ على الروح المعنوية اإلدارة: عواملالعالية للعمال واختيار واستخدام المعدات والعدد والطرق المناسبة

كل اية بالمعدات والحفاظ على معدالت االنجاز وغيرها.للعمل، العنالجهة المنفذة ويمكن السيطرة إدارةهذه العوامل تعتمد على حسن

عليها.

Principles of Earthworks حساب األعمال الترابية مبادئ Calculation

.تقاس كميات األعمال الترابية عادة بالمتر المكعب، إال إن ذكر خالف ذلك

.األعمال الترابية ألنواع مختلفة من التربة يجب أن تحسب بصورة منفصلة

.تحسب الكميات الترابية بعد قياسها بعناية وتستخدم طريقة مناسبة لذلك

كساء والتسوية يجب أن تشمل في الفقرة.اإل أعمال

يد حسابات الكميات الترابية يجب أن تتضمن رفع ونقل الكميات الترابية وهنا يجب تحد مسافة النقل لكل عملية.


6


Earth Computation Methodsطرق حساب الكميات الترابية

إن المقطع العرضي لطرق السيارات والسكك الحديدية والقنوات في منااطق الحفار أو القطاع cutting واإلمااالءfilling والتعبئااةbanking يكااون عااادة بشااكل حاابه منحاارفtrapezoidal ،

ويمكن حساب مساحة القطع لهذا الشكل كما يلي:

Area = ABCEF +AABF + AEDC

= bh + 0.5h.sh + 0.5 h.ah

Area= h [b + (ah + sh)/2] -----------------------------(1)

االنحدار متساو للجانبين( نحصل على: أي) s = aعندما

Area= h (b + sh) = hb + sh2 ---------------------------(2)

-هناك عدة طرق مستخدمة لحساب كمية األعمال الترابية وأهمها:

Average end area method -I طريقة معدل المساحات

يحسب معدل مساحة المقطع العرضي عند طرفي الجزء أو القطاع ويضرب في طول الجزء للحصول على الحجم.

on Formula Mid Secti -II المقطع الوسطي أو معادلة صيغة

A

B

F E D

C

a:1 s:1

b b ah sh

a:1 s:1 h


7


الطرفين حسب مساحة المقطع عند وسط أو منتصف الجزء، وهنا يعتمد معدل االرتفاع عند ت لحساب المساحة.

H = (h1+h2)/2معدل االرتفاع

Where H: mean depth

h1,h2: depth at start & end points.

ormula method Prismoidal f -III معادلة الموشور

حيث تستخدم الصيغة التالية لحساب الحجم لكل جزء

V= L/6 (A1+A2+4Am)-------------------------(3)

Where A1, A2: areas at end points

Am: mid section area

L: length or distance between the adjacent stations (A1, A2)

Example: Calculate the quantity of earthworks for the 150 m long cutting,

12m wide at crest and whose side slope is 2.0:1. The centre

heights at every 30 m intervals are 0.5m 0.75m, 1.0m, 1.25m,

1.5m. Try solving by all above described methods.

Solution:

A – average area method

Quantity

m3

Length

M

Mean

area (m2)

Area at station

bh + sh2

Depth

h(m) Station

or

chained

12x0.5+2x0.5x0.5= 6.5 0.5 0

249.3 30 8.3125

12x0.75+2x0.752 = 10.125 0.75 1


8


Quantity

m3

Length

M

Mean

area (m2)

Area at station

bh + sh2

Depth

h(m) Station

or

chained

361.8 30 12.0625

12x1+2x12 = 14 1 2

481.8 30 16.0625

12x1.25+2x1.252 = 18.12 1.25 3

609.38 30 20.3125

12x1.5+2x1.52 = 22.5 1.5 4

1702.26 Total quantity =

B- Mid–Section Method

Quantity

(m3)

Distance

(m)

Area bh+sh2 (m

2) Mean

Depth (m)

Depth

(m)

Station

0.5 0

248.4 30 12(.625)+2(.625)2=8.281 0.625

0.75 1

360.9 30 12(.875)+2(.875)2=12.03 0.875

1.0 2

480.9 30 16.03 1.125

1.25 3

608.4 30 20.28 1.375


9


1698.6m3 Total = 1.5 4

C- For odd number of stations eq. (3) may be modified to obtain the

following formula:

V = L/3 (1st Area + last Area + 4 x even areas + 2x odd areas)

Using this formula we can obtain the following (see areas in a):-

V = L/3 {A1+A5+4 (A2+A4)+2 (A3)}

= 30/3 {6.5+2205+4 (10.125+18.125)+2 (14)}

V = 1700 m3

Example: The ground levels at various chainage along line of a proposed

channel are as under, see the cross-section where some design

parameters are shown. The chain is s50m long.

222 221 220 219 218 217 216 215 Chainage

210.00 209.65 209.90 210.35 211.10 211.50 211.05 210.30 G.L. (m)

209.15 209.20 209.25 209.30 209.35 209.40 209.45 209.50 C.L. (m)

227 226 225 224 223 Chainage

211.30 211.60 211.20 210.90 210.25 G.L. (m)

208.90 208.95 209.00 209.05 209.10 C.L. (m)


10


Solution: use mid – section formula.

Acutting = bh + sh2 = 4h + 0.5 h

2

Afilling = bh + sh2 = 2.5 (k-h) + 1 (k-h)

2 + 2 (k-h) + 1 (k-h)

2

= 4.5 (k-h) + 2 (k-h)2

= 4.5 (4-h) + 2 (4-h)2

(1) (2) (3) (2) - (3) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

Qty.

Filling

(m3)

Area

Filling

(m2)

K–hmean

(m)

Qty.

cutting

(m3)

Area

Cutting

(m2)

hmean

(m)

h

(m)

C. L.

(m)

G. L

(m)

Running

Distance

(m)

Chainage

0.80 209.50 210.30 0 215

1414 28.28 2.8 276 5.52 1.20

1.60 209.45 211.05 50 216

946 18.93 2.15 456 9.12 1.85

2.10 209.40 211.50 100 217

894 17.89 2.07 479.5 9.59 1.93

1.75 209.35 211.10 150 218

1261 25.22 2.6 329 6.58 1.4

1.05 209.30 210.35 200 219

1701 34.03 3.15 188.5 3.77 0.85

0.65 209.25 209.90 250 220

1966 39.33 3.45 117.5 2.35 0.55

0.45 209.20 209.65 300 221

2.5

1:2 h 1:2

4.00

K = 4.0

1:1 1:1

2.0

H=k-h H=k-h 1:1


11


Qty.

Filling

(m3)

Area

Filling

(m2)

K–hmean

(m)

Qty.

cutting

(m3)

Area

Cutting

(m2)

hmean

(m)

h

(m)

C. L.

(m)

G. L

(m)

Running

Distance

(m)

Chainage

1876 37.52 3.35 140.5 2.81 0.65

0.85 209.15 210.00 350 222

1575 31.5 3.0 225 4.50 1.00

1.15 209.10 210.25 400 223

1187 23.75 2.5 356.5 7.13 1.50

1.85 209.05 210.90 450 224

831 16.63 1.97 509.5 10.19 2.03

2.20 209.00 211.20 500 225

600 12.0 1.57 634 12.68 2.43

2.65 208.95 211.60 550 226

547 10.94 1.47 666.5 13.33 2.53

2.40 208.90 211.30 600 227

14798 4378.5 Total

Example: Estimate the cost of excavating and backfilling a trench 1.5 m

wide, 1.2 m deep and 150 m long. Assume the team consists of

one foreman and a number of laborers to perform the job

within five labor days ( each equivalent to 8 working hours).

The job involves the following operations:

- Loosening earth with a pick ( 0.35m3 /hr-laborer)

- Shoveling earth from trench ( 0.475 m3 / hr-lab.)

- Backfilling trench ( 1.5 m3 / hr-lab.)

Wages : 30000 I.D. /day for the foreman; 15000 I.D. /day for laborer.

Solution:

V = 1.5 ×1.2 ×150 = 270m3

270 270 270


12


No. of (laborer - days) required = ---------- + ---------- + ------------- 8×0.35 8×0.475 8×1. 5

= 96.43 + 71.05 +22.5 = 190 laborer- days

no. of laborers required to perform the job within 5 days=190/5= 38 laborers

Cost = ( 1×30.000 + 38×15.000) ×5 = 3.000.000 I.D.

Cost per 1m3 = 3.000.000 / 270 = 11111 I.D./m

3

Cost per 1m length = 3.000.000 / 150 = 20.000 I.D./m.

Example: Resolve the previous example using wheel type trenching

machine to perform the first two operations . i.e. backfilling by

laborers. Assume the average speed of trenching 6.25m 1hr.

Average cost of renting & operating the machine is = 35.000

I.D. /hr.

Solution : we need the trenching machine to operate for

150m. / 6.25m /hr. = 24hrs. or 24 / 8 = 3 days

Cost of machine : 24×3.500 = 840.000 I.D.

For backfilling we need 22.5 (say 24) days-laborer

no. of laborers to do backfilling within 3 days:

24 / 3 = 8 laborers

So we need a team of 8 laborers & one foreman for 3 days.

The cost (wages) is: (8×15.000 + 1×30.000)×3 = 450.000 I.D.

Total per job = 840.000+450.000=1.290.000 I.D.

Cost per m3 = 1.290.000 / 270 = 4780 I.D/m3

Cost per m length = 1.290.000 / 150= 8600 I.D./1m of term


13


Example: Estimate the cost of materials required for installing solid

sheeting for 100 m of trench 2.1 m deep . use 4 cm × 25cm lumber 2.4 m

long for sheeting with two horizontal rows of 10cm × 15 cm wales on

each side of the trench for the full length of the trench. Assume that the

sheeting can be used 4 times and the wales ten times. Price = 520 000

I.D/m3.

Solution:

Vsh. = 0.04×2.4×100×2 = 19.2m3

V Wales = 0.1 ×0.15×100×2×2 = 6m3

Csh = 19.2×520000 / 4 = 2496000

Cw.= 6×520000 / 10 = 312000 I.D.

total 2808000 I.D.

حيث تكون Shoring اهي حالة خاصة في ال Solid Sheetingمالحظة هذه الحالة اي على مسافات محددة وليست متالصقة. األلواح

lec.5 earthworks for various engineering projects

Engineering