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Visando utilizar dos benefícios da planilha eletrônica, o modelo de solução da

distribuição dos materiais de terraplenagem foi estruturado na forma de tabelas, que

mais tarde serão interpretadas como vetores e matrizes pela linguagem de

programação matemática e pelo solucionador de PL. O uso de planilha eletrônica

para a montagem das tabelas possibilita que todos os cálculos e iterações

necessárias à obtenção dos dados de entrada, a serem tratados pelo solucionador,

sejam realizados na própria planilha. A planilha busca os valores nas tabelas de

resumo de quantidades e custos através de comandos e, os trata através de

fórmulas matemáticas, dispensando programação auxiliar para o tratamento destes

dados. Desta forma, os dados são apresentados de forma clara para quem está

trabalhando com eles e, ao mesmo tempo, estão preparados para ser reconhecidos

pela linguagem de programação matemática.

Para que a iteração entre as tabelas de valores aconteça, é necessário que

estas tabelas apresentem mesmas dimensões, havendo uma correspondência de

posição dos dados entre elas. Desta forma, para cada tabela, na primeira coluna são

identificadas todas as escavações e na primeira linha são identificados todos os

aterros. Por se tratar de um modelo simbólico torna-se necessário distinguir as

escavações e os aterros. Assim sendo, foram atribuídos códigos para cada tipo de

elemento conforme sua origem ou seu destino, seguidos de um índice numérico

sequencial, de acordo com o esquema abaixo.

Escavações:

- P  corte de 1ª Categoria;

- S  corte de 2ª Categoria;

- T  corte de 3ª Categoria;

- E  empréstimo.

Aterros:

- A  corpo de aterro;

- F  camada final de terraplenagem;

- B  bota-fora.

Esta codificação é importante para facilitar a comunicação dos dados entre a

planilha eletrônica, a linguagem de programação matemática e o solucionador de

PL. A identificação das variáveis deve ser objetiva e possuir nomes curtos, visto que

a linguagem de programação matemática ou o solucionador pode ter restrição

quanto à dimensão do nome do dado ou da variável (HILLIER e LIEBERMAN, 2013).

No problema da distribuição de materiais de terraplenagem os dados de

interesse têm origem na planilha de cubação, que apresenta os volumes de cada

camada de material por segmento entre estacas. As listas de cada material são

elaboradas a partir da planilha de cubação conforme codificação de elementos

estabelecida acima. As tabelas para a solução do problema são alimentadas em

parte por estas listas, que também são utilizadas para a identificação dos dados na

linguagem de programação matemática.

A primeira tabela modelada apresenta as DMTs entre escavações e aterros,

conforme TAB. 4.1; a segunda e a terceira tabela buscam os custos unitários de

escavação, carga e transporte (TAB. 4.2) e, compactação de corpo de aterro (TAB.

4.3) da base de dados do SICRO2 para cada iteração entre escavação e aterro; a

quarta tabela calcula o custo unitário do momento extraordinário de transporte para

cada iteração entre corte e aterro, onde a DMT excede a faixa de medição

contemplada no SICRO2 para cada material (TAB. 4.4); a quinta tabela apresenta os

custos unitários de indenização por aquisição de material de empréstimo (TAB. 4.5);

a sexta, sétima e oitava tabela apresentam como as restrições devem ser tratadas

para as quantidades de materiais transportados das escavações para os aterros

(TAB. 4.6), as quantidades de materiais transportados dos empréstimos para os

aterros (TAB. 4.7) e as quantidades de materiais transportados das escavações para

os bota-foras (TAB. 4.8). As quantidades de materiais transportados são as variáveis

de decisão que o solucionador deverá encontrar sob as restrições descritas a seguir:

- As escavações podem compor um ou mais aterros e devem ser executadas

na sua totalidade;

- Os aterros podem receber materiais de qualquer escavação em que as

especificações sejam atendidas e devem ser preenchidos na sua totalidade;

- Os empréstimos, também tratados como valores de folga para escavação,

podem ser utilizado até o limite de sua capacidade, se necessário;

- Os bota-foras, também tratados como capacidade de folga para aterro,

podem receber material de qualquer escavação até o limite de sua

capacidade, se necessário, exceto receber materiais provenientes dos

empréstimos;

- Alguns materiais provenientes de escavações com qualidade inferior devem

ser descartados e/ou utilizados com restrição, desta forma, elimina-se a

iteração desta escavação com o aterro de maior grau de exigência.

A TAB. 4.1 apresenta a distância média de transporte (DMT) para cada uma das

iterações entre uma escavação e um aterro. Para um trecho de projeto linear, caso

de um projeto de estradas, o cálculo da DMT de uma iteração pode ser resumido

como sendo o módulo da subtração da estaca do centro de massa da escavação

pela estaca do centro de massa do aterro, conforme EQ. 4.1. Por exemplo, a DMT

11

equivale ao módulo da subtração da estaca do CM do corte de primeira categoria P

1

menos a estaca do CM do corpo de aterro A

1

. Quando se tratar de um empréstimo,

deve-se acrescer a distância do local de empréstimo até a estaca de chegada ao

eixo do projeto que será identificada como referência para o CM utilizado no cálculo

da EQ. 4.1. Para um trecho de projeto em malha, caso de intercessão com vários

ramos ou o sistema viário de um loteamento, cada DMT deverá ser avaliada

separadamente.

𝐷𝑀𝑇

𝑖,𝑗

= |𝐶𝑀. 𝑃

𝑖

− 𝐶𝑀. 𝐴

𝑗

| EQ. 4.1

Onde:

DMT

ij

DMT entre o centro de massa do corte P

i

até o centro de massa do

aterro A

j

;

CM.P

i

Estaca do centro de massa do corte P

i

;

TAB. 4.1 – Cálculo das DMTs entre as escavações e os aterros

Cálculo da DMT entre cortes e aterros

A1 A2 An

P1 DMT11 DMT12

P2 DMT21 DMT22

Pm DMTm1 DMTm2 DMTmn

A TAB. 4.2 apresenta os custos unitários C

ij

por m³ para os serviços de

escavação, carga e transporte, para cada iteração entre escavação e aterro. Estes

valores são buscados da tabela de preços do SICRO2 onde o custo unitário é

função da categoria do material escavado e da DMT, calculada na TAB. 4.1,

resultante da iteração com o aterro.

TAB. 4.2 – Custo unitário por m³ dos serviços de escavação, carga e transporte em

função da categoria do material e da DMT

Custo unitário por m³ do serviço de escavação, carga e transporte em função da DMT

A1 A2 An

P1 C11 C12 C1n

P2 C21 C22 C2n

Pm Cm1 Cm2 Cmn

A TAB. 4.3 apresenta os custos unitários M

ij

por m³ de compactação de corpo de

aterro, camada final ou bota-fora, para cada iteração entre escavação e aterro. Estes

valores são buscados da tabela de preços do SICRO2 e estão relacionados com o

material, a finalidade e a qualidade da compactação da camada a ser construída.

Estes valores estão distribuídos nos itens (DNIT, 2014):

- Compactação de aterros a 95% proctor normal;

- Compactação de aterros a 100% proctor normal;

- Construção de corpo de aterro em rocha;

- Compactação de camada final de aterro de rocha;

- Compactação de camada final de aterro de rocha BC;

- Compactação de material de “bota-fora”.

TAB. 4.3 – Custo unitário por m³ dos serviços de compactação de camadas

aterradas

Custo unitário por m³ do serviço de compactação por finalidade da camada de aterro

A1 A2 An

P1 M11 M12 M1n

P2 M21 M22 M2n

Pm Mm1 Mm2 Mmn

A TAB. 4.4 apresenta o custo unitário N

ij

por m³ do momento extraordinário de

transporte. O momento extraordinário de transporte só é calculado quando a DMT

extrapola a faixa de valores contemplados para a categoria do material na tabela do

SICRO2. Quando isto ocorre, o excesso da DMT em relação ao valor limite para o

material na tabela do SICRO2 é pago por t.km (tonelada x quilômetro). Desta forma,

como o custo é unitário, não é necessário converter o volume em peso, bastando

multiplicar a densidade deste material pela distância excedente a faixa de DMT, ou

seja, este valor é o produto do peso em toneladas de 1 m³ do material escavado

pelo excedente em quilômetros, além da faixa da DMT, que serão percorridos,

multiplicando pelo custo unitário de transporte.

TAB. 4.4 – Custo unitário por m³ do transporte extraordinário entre cortes e aterros

Custo unitário por m³ do transporte extraordinário entre cortes e aterros

A1 A2 An

P1 N11 N12 N1n

P2 N21 N22 N2n

Pm Nm1 Nm2 Nmn

A TAB. 4.4 apresenta o custo unitário O

ij

por m³ de indenização por aquisição de

material de empréstimo. Este custo é variável de acordo com a região e a economia

local de onde este material será escavado. Em algum caso específico ou em um

projeto onde a disponibilidade de materiais de boa qualidade não é satisfatória, esta

aquisição representará uma parcela significativa no custo final da obra. Nesta tabela

também poderão ser incluídos os custos devidos à ampliação de dispositivos de

drenagem quando for necessário um empréstimo ou um bota-fora lateral.

TAB. 4.5 – Custo unitário por m³ de indenização por aquisição de material de

empréstimo

Custo unitário por m³ de indenização por aquisição de material de empréstimo

A1 A2 An

P1 O11 O12 O1n

P2 O21 O22 O2n

Pm Om1 Om2 Omn

A TAB. 4.6 apresenta os valores encontrados pelo solucionador, representados

pelas variáveis de decisão X

ij

para as iterações entre cortes e aterros obrigatórios.

As variáveis de decisão X

ij

são as quantidades de material que serão transportados

da escavação P

i

ao aterro A

j

. Esta tabela também descreve as equações das

restrições para as escavações dos cortes obrigatórios ao final de cada linha e as

equações de restrição dos aterros obrigatórios ao final de cada coluna. A equação

de restrição do corte obrigatório P

i

indica que a somatória das variáveis de decisão X

da linha i deve ser igual ao volume Q do corte P

i

. A equação de restrição do aterro

obrigatório A

j

indica que a somatória das variáveis de decisão X da coluna j deve ser

igual ao volume D do aterro A

j

.

TAB. 4.6 – Distribuição dos materiais entre cortes e aterros

Distribuição dos materiais entre os cortes e aterros

A1 A2 An P1 X11 X12 X1n ∑ X1j= Q(P)1 n 𝑗=1 P2 X21 X22 X2n ∑ X2j= Q(P)2 n 𝑗=1 Pm Xm1 Xm2 Xmn ∑ Xmj= Q(P)m n 𝑗=1 ∑ Xi1 = D(A)1 m 𝑖=1 ∑ Xi2 = D(A)2 m 𝑖=1 ∑ Xin= D(A)n m 𝑖=1

A TAB. 4.7 apresenta os valores encontrados pelo solucionador, representados

pelas variáveis de decisão X

ij

para as iterações entre os empréstimos e os aterros

obrigatórios. As variáveis de decisão X são as quantidades de material que serão

transportados do empréstimo E

i

ao aterro A

j

. Esta tabela também descreve as

equações das restrições para as escavações dos empréstimos ao final de cada linha

e as equações de restrição dos aterros obrigatórios ao final de cada coluna. A

equação de restrição do empréstimo E

i

indica que a somatória das variáveis de

decisão X da linha i deve ser menor ou igual ao volume Q do empréstimo E

i

. A

equação de restrição do aterro obrigatório A

j

indica que a somatória das variáveis de

decisão X da coluna j deve ser igual ao volume D do aterro A

j

.

A TAB. 4.8 apresenta os valores encontrados pelo solucionador, representados

pelas variáveis de decisão X

ij

para as iterações entre cortes obrigatórios os

bota-foras. As variáveis de decisão X

ij

são as quantidades de material que serão

transportados da escavação P

i

ao bota-fora B

j

. Esta tabela também descreve as

equações das restrições para as escavações dos cortes obrigatórios ao final de cada

linha e as equações de restrição dos bota-foras ao final de cada coluna. A equação

de restrição do corte obrigatório P

i

indica que a somatória das variáveis de decisão X

da linha i deve ser igual ao volume Q do corte P

i

. A equação de restrição do

bota-fora B

j

indica que a somatória das variáveis de decisão X da coluna j deve ser menor

ou igual ao volume D do bota-fora B

j

.

TAB. 4.7 – Distribuição dos materiais entre empréstimos e aterros

Distribuição dos materiais entre os empréstimos e aterros

A1 A2 An E1 X11 X12 X1n ∑ X1j ≤ Q(E)1 n 𝑗=1 E2 X21 X22 X2n ∑ X2j ≤ Q(E)2 n 𝑗=1 Em Xm1 Xm2 Xmn ∑ Xmj≤ Q(E)m n 𝑗=1 ∑ Xi1 = D(A)1 m 𝑖=1 ∑ Xi2 = D(A)2 m 𝑖=1 ∑ Xin= D(A)n m 𝑖=1

TAB. 4.8 – Distribuição dos materiais entre cortes e bota-foras

Distribuição dos materiais entre os cortes e botaforas

B1 B2 Bn P1 X11 X12 X1n ∑ X1j= Q(P)1 n 𝑗=1 P2 X21 X22 X2n ∑ X2j= Q(P)2 n 𝑗=1 Pm Xm1 Xm2 Xmn ∑ Xmj= Q(P)m n 𝑗=1 ∑ Xi1 ≤ D(B)1 m 𝑖=1 ∑ Xi2 ≤ D(B)2 m 𝑖=1 ∑ Xin≤ D(B)n m 𝑖=1

A FO calcula a soma dos produtos das quantidades pelos custos de escavação,

carga e transporte; quantidades pelos custos de construção e compactação de

aterro; quantidades pelos custos de momento extraordinário de transporte; e,

quantidades pelos custos de indenização por aquisição de empréstimos. O modelo

de otimização tem finalidade de minimizar a FO sob as restrições atribuídas.

Em síntese, a FO busca minimizar os custos do produto de quantidades por

preços unitários. Bases de dados diferentes do SICRO2 apresentarão composições

de serviços diferentes. Quando isto acontecer, o mais didático é que se elabore uma

tabela de custos unitários para cada serviço relacionado à quantidade de materiais

distribuídos. Cada tabela de custo unitário equivale a uma parcela da FO, como

poderá ser visto ao longo da próxima seção.

Esta segunda tentativa, inicialmente feita em um modelo reduzido utilizando o

complemento SOLVER do MS Excel, depois remodelada para problemas maiores,

utilizando o MS Excel, o MPL e o CoinMP, atingiu o objetivo de distribuir os materiais

com o menor custo e atendeu a expectativa de automação da distribuição dos

materiais, estando pronta para ser aplicada a um problema real com grandes

quantidades de variáveis de decisão e restrições.