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Type: Tese
Title: Otimização das operações de terraplenagem e pavimentação: uma nova abordagem com a consideração de interferências
Authors: Lima, Roberto Xavier de
Advisor: Nobre Júnior, Ernesto Ferreira
Keywords: Engenharia rodoviária;Terraplanagem;Pavimentação;Otimização;Programação matemática;Programação Linear
Issue Date: 2021
Citation: LIMA, Roberto Xavier de. Otimização das operações de terraplenagem e pavimentação: uma nova abordagem com a consideração de interferências. 2021. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Transportes) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Neste trabalho é apresentado um modelo de otimização para o planejamento da distribuição de materiais nas operações de terraplenagem e pavimentação, onde foram consideradas as possíveis interferências com as seções de corte, aterro e as camadas do pavimento, tais como cursos d’água, vegetação, instalações diversas de concessionárias de serviços públicos ou desapropriações. O problema da alocação de terras incorporando-se interferências foi modelado como um problema de programação linear objetivando-se minimizar o custo total da movimentação dos materiais e considerou-se como restrições o prazo de execução dos serviços, o tempo de liberação dos bloqueios para permitir a livre circulação dos equipamentos, a geometria do projeto e o equilíbrio entre o material das ocorrências e os aterros ou camadas de pavimentação. O modelo proposto em programação linear usa o Excel para pré-processamento dos dados e o IBM CPLEX como otimizador. O modelo matemático foi validado por um exemplo real de uma via de manutenção de uma barragem no município de Maranguape no Estado do Ceará. Os custos unitários e as taxas de produção dos equipamentos usadas nos exemplos fictícios e no caso real foram obtidos da tabela de custos da Secretaria de Infraestrutura do Estado do Ceará. O modelo de otimização proposto atingiu tempos de processamento aceitáveis para todas as aplicações executadas, sendo uma opção viável e eficiente para aplicação no planejamento das operações de terraplenagem. A abordagem em programação linear apresentou uma redução nos custos da obra equivalente a 2,12% para o exemplo real comparada com o orçamento original do projeto. Esse estudo explorou o problema da alocação de terras com interferências usando uma modelagem na qual se evita algoritmos complexos encontrados na literatura recente. Dessa forma, o trabalho propõe um sistema de otimização amigável de forma a ser implementado por empresas e organismos públicos.
Abstract: An optimization model for planning the distribution of materials in earthmoving operations is presented in this thesis, considering possible interferences between cut sections, fill sections and paving strata such as rivers, vegetation, drainage works or expropriations. The earth allocation problem incorporating blocks was modeled as a linear programming problem, aiming to minimize the total earthmoving cost while considering the constraints related to volume balance, construction completion time and time for release equipment traffic. The proposed model was run by an integrated system using Excel for data entering and IBM CPLEX as the optimizer. The mathematical model was validated by one numerical example and a real-world project of a dam maintenance road in the city of Maranguape, State of Ceará, Brazil. The unit costs and productivity rates used in the fictional examples and real-world application followed the referential cost system created by Ceará’s Secretariat of Infrastructure. The proposed optimization model achieved reasonable processing times for all tested applications, presenting itself as a viable and efficient option for planning earthmoving operations. The linear programming approach provided a 2.12% cost reduction for the real-world case study, when comparing the optimized solution and original budget. The study explored the problem of earth allocation with interferences avoiding complex algorithms found in recent literature. As a result it was proposed a user-friendly optimization system that can be easily utilized by construction companies and public agencies.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61820
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