PROJETOS OPERACIONAIS DE CORTE DE BARRAS DE AÇO PARA ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO: UMA PROPOSTA PARA A REDUÇÃO DO DESPERDÍCIO NA

CONSTRUÇÃO CIVIL

Raquel Romminger Engenheira Civil, Mestranda em Engenharia de Produção, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade

de São Paulo - Av Trabalhador Sancarlense, 400 - CEP: 13560-970 - São Carlos - SP

João Vitor Moccellin Professor Titular da Área de Engenharia de Produção, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de

São Paulo - Av Trabalhador Sancarlense, 400 - CEP: 13560-970 - São Carlos - SP Abstract This paper shows the importance of the use of rational constructive methods that reduce the waste of material and labor, in order to improve the quality of the constructions. Also, it shows the use of mathematical and one-dimensional cutting stock techniques. The difference of the cutting stock procedure considered in this paper is the purpose of making good use of the rest of steel’s bars. Having this in mind, the method relates the length of the bar pieces that could be useful with the diameter of them. Such an operational procedure would be useful for cutting shops, where the volume of cutting bars is usually high. Keywords: civil construction, one-dimensional cutting stock, optimization techniques. 1. Introdução

A globalização da economia levou a qualidade e a competitividade à primeira posição na lista de preocupações das empresas. As idéias que se relacionam à qualidade estão transcendendo os limites das empresas industriais e vêm permeando quase todas as atividades humanas (WOOD JR., 1993).

A busca pela qualidade na indústria da construção civil encontra-se em fase de expansão. Entretanto, o controle da qualidade dos produtos e processos dessa importante indústria ainda é insatisfatório, principalmente se comparado ao controle realizado pelos demais setores industriais como o metal-mecânico ou o químico. Em geral, a construção civil brasileira encontra-se ainda num estágio Pré-Taylorista (ESCRIVÃO FILHO, 1998) e algumas peculiaridades do setor colaboram para com este quadro. É comum as empresas acreditarem que realizam um trabalho com boa qualidade pelo fato de efetuarem ensaios de controle tecnológico nos materiais empregados em suas obras. Tal preocupação, no entanto, somente traz garantias em relação à segurança estrutural da edificação. Este artigo se insere entre as tantas tentativas que vêm sendo feitas em introduzir uma nova mentalidade, uma cultura da qualidade na construção civil brasileira. Expõe a importância e a necessidade de projetos complementares, como o projeto operacional de

corte de armaduras, tema central do trabalho, uma vez que reduz significativamente os custos do produto final, ao reduzir os desperdícios no decorrer do processo de corte. MELHADO (1994), expondo o estágio incipiente em que a implantação da qualidade em empresas construtoras se encontra, considera o projeto como um imenso campo potencial para atuações na melhoria da qualidade. O mesmo autor relembra a mudança de enfoque ocorrida na indústria japonesa, onde o projeto foi gradativamente mais valorizado frente aos esforços de controle e inspeção, com o que se entende que existe uma defasagem conceitual entre as práticas que se adotam na construção civil, em relação aos demais ambientes industriais. 2. O problema: elevados níveis de desperdício na construção civil brasileira 2.1. Caracterização do setor da construção civil

“O setor de construção, com todos os seus segmentos, representa 8% do PIB e é responsável por 6,1% dos empregos no país” (INSTITUTO McKINSEY, 1999, p.99). Um setor com esta importância econômica merece atenção especial de pesquisadores, governo e população.

É necessário destacar as peculiaridades referentes à indústria da construção civil, para que o leitor possa visualizar as principais características desse setor. Tais peculiaridades estão descritas de acordo com MESEGUER (1991 p.13-14): “1. A construção é uma indústria de caráter nômade, na qual a constância das características nas matérias-primas e nos processos é mais difícil de se conseguir do que em outras indústrias, de caráter fixo. 2. Salvo algumas exceções, a indústria da construção cria produtos únicos e não produtos seriados. 3. Na construção, diferente de outras indústrias, não é possível aplicar a produção em cadeia (produtos móveis passando por operários fixos), mas sim a produção centralizada (operários móveis em torno de um produto fixo), o que dificulta a organização e controle dos trabalhos, provocando interferências mútuas, etc. 4. Frente a outras indústrias mais jovens e dinâmicas, a construção é uma indústria muito tradicional, com grande inércia às alterações. 5. A construção utiliza em geral mão-de-obra pouco qualificada, sendo que o emprego dessas pessoas tem um caráter eventual e suas possibilidades de promoção são escassas. Tudo isto repercute numa baixa motivação no trabalho e em perdas da qualidade. 6. Outras indústrias realizam seus trabalhos em ambientes cobertos enquanto a construção é feita à intempérie, com dificuldades para um bom armazenamento, submetidas às adversidades do tempo, a ações de vandalismo, etc. A proteção, em todos os sentidos da palavra, é mais difícil. 7. Nas indústrias que fabricam produtos de vida limitada, o ciclo de aquisição-uso-reaquisição de um novo produto se repete várias vezes na vida do comprador, o que origina uma experiência do usuário que repercute em uma exigência na qualidade. Na construção, pelo contrário, o produto é único ou quase único na vida do usuário e, conseqüentemente, sua experiência não repercute posteriormente. Em outras palavras, na construção o usuário influi muito pouco na qualidade do produto. 8. Independente do grau de complexidade dos produtos, outras indústrias empregam especificações simples e claras. A construção emprega especificações complexas, quase sempre contraditórias e muitas vezes confusas e desta forma a qualidade resulta mal definida desde a origem. 9. Em outras indústrias, as responsabilidades se encontram relativamente concentradas e bem definidas. Na construção, as responsabilidades são dispersas e pouco definidas, o que sempre origina zonas obscuras para a qualidade.

10. O grau de precisão com que se trabalha na construção é, em geral, muito menor do que em outras indústrias, qualquer que seja o parâmetro que se contemple: orçamento, prazo, resistência mecânica, etc. A conseqüência é que, na construção, o sistema é por demais flexível e, confiantes em tal flexibilidade, aceitam-se compromissos de difícil cumprimento que provocam sempre uma diminuição da qualidade. Na construção se diz não menos vezes do que as necessárias.” Em relação ao atual sistema de gestão e organização do processo construtivo tradicional, BARROS (1996, p.104-105) expõe as seguintes características:

“• descontinuidade e ausência de definições do processo de produção; • inúmeros agentes interferindo no processo de produção e, na maioria das vezes,

trabalhando de maneira desordenada e desvinculados de um objetivo comum; • pulverização do poder de decisões, com grande número de níveis hierárquicos; e • ausência ou ineficiência de canais formalizados de comunicação que conduzam

adequadamente o sistema de decisões e de informações”. 2.2. Projeto

Sob o ponto de vista de MELHADO (1994), o projeto pode ser definido como um serviço ou atividade integrante do processo construtivo, responsável pela organização, desenvolvimento, registro e transmissão das características físicas e tecnológicas especificadas para uma obra, a serem consideradas na fase de execução.

Discute-se neste artigo um tipo específico de projeto, que em termos gerais pode ser designado por projeto complementar; neste caso, atém-se ao corte de barras de aço para estruturas de concreto armado, e portanto é chamado de projeto de corte de armaduras.

A baixa produtividade das obras no Brasil (correspondente a um terço da produtividade americana) é proveniente de erros nos projetos e no gerenciamento das obras (INSTITUTO McKINSEY, 1999). Os trabalhadores não têm sido o maior obstáculo. Pode ser acrescentado a essas causas, a falta de projetos de processos, como o projeto de corte de armaduras.

Além dos problemas relativos à baixa produtividade, os erros e defeitos dos projetos também são responsáveis por muitas das patologias que se desenvolvem nas edificações. Segundo dados apresentados por HELENE (1988), advindos de levantamentos feitos em vários países europeus, a maioria dos problemas patológicos na construção civil é originada na fase de projeto, variando, conforme o caso, de 36% a 49%.

PICCHI (1993) estima que o desperdício gerado por projetos não otimizados alcance 6% do custo total da obra.

FRANCHI et al (1993), baseados em um estudo sobre o desperdício em empresas de pequeno e médio porte, comprovam que, ao se considerar somente as perdas relacionadas ao emprego de aço, concreto pré-misturado, tijolos ou blocos de alvenaria e argamassa, o desperdício de materiais representa de 5% a 11% dos custos do empreendimento. Esses autores observam que uma grande parcela do desperdício de materiais é causada por problemas referentes aos projetos, entre eles a falta de detalhamento de projeto.

3. A solução proposta: aproveitamento das sobras do corte de barras de aço para

estruturas de concreto armado 3.1. O projeto de corte de armaduras O projeto de corte de barras de aço para estruturas de concreto armado é de suma importância para a redução do desperdício. Ao realizar as composições para orçar a obra, é praxe considerar uma perda de 12% (GOLDMAN, 1997) no corte de barras de aço. No

entanto, é sabido que na maioria das construtoras, as perdas superam este percentual. É possível reduzir este desperdício para um valor próximo a 1% (CINTRA & WAKABAYASHI, 1998), dependendo do projeto e do algoritmo utilizado para o cálculo das dimensões de corte. SUMICHRAST (1986) complementa dizendo que o custo da perda unitária pode se apresentar baixo, no entanto, o custo total anual dessa perda é substancial. Além de reduzir a perda de material, o projeto de corte de armaduras facilita o trabalho do operário responsável (armador ou ferreiro) pelo corte das barras e sua posterior montagem na estrutura que receberá o concreto. Ele dá condições para que o armador saiba o que está fazendo e o que tem de fazer. Sem este projeto complementar, caberá ao operário compreender o projeto estrutural e decidir a melhor forma de cortar as barras, o que acabará por acarretar o que MESEGUER (1991) chama de “defeitos da empresa”, já que a responsabilidade de dar condições de desenvolver o trabalho cabe à empresa. Quando o ferreiro tem o projeto de corte em mãos, caso ocorra algum erro, o mesmo autor os chama de “defeitos controláveis pelo operador” e a responsabilidade caberá a ele. MESEGUER (1991) diz ainda que apenas 20% dos defeitos são controláveis pelo operador e os 80% restantes são defeitos atribuídos à empresa. De acordo com MELHADO (1994), a qualidade do “produto habitação” depende da qualidade do projeto desta obra, entendido não somente como projeto do produto, mas também como projeto do processo de produção. Ainda MELHADO (1994) ressalta que ao projeto de uma edificação deve estar associado o “projeto para produção” do mesmo, e este deve envolver equipamentos, canteiro de obras, planejamento das etapas de execução, controles a serem efetuados, entre outros. O mesmo autor explica, ainda, que os projetos para produção são originados da análise das necessidades vinculadas aos processos de execução dos produtos detalhados nos projetos executivos das obras.

O projeto de corte das armaduras complementa o projeto estrutural aprimorando a qualidade do mesmo, uma vez que os possíveis defeitos serão filtrados pelo projetista responsável por este projeto complementar, reduzindo a possibilidade de custos não planejados, empregados em correções. MESEGUER (1991) destaca que a fase de projeto é responsável por aproximadamente metade dos defeitos nas construções e que o controle da qualidade dos projetos é a única maneira de otimizar a relação qualidade/preço do projeto final. 3.2. Centrais de Corte O escopo da pesquisa relatada neste artigo volta-se, principalmente, para Centrais de Corte, onde é mais intenso o fluxo de barras a serem cortadas. Esse ambiente é mais favorável às repetições no processo produtivo, que resultam em diminuição de custos e de desperdício.

Segundo SOUZA et al. (1995), a repercussão das decisões de projeto sobre os custos resulta em um impacto sobre o custo do trabalho, decorrente dos custos incorridos na utilização dos recursos (custos de aquisição de insumos, remuneração de mão-de-obra, depreciação de equipamentos, etc.) associados à produtividade atingida no processo, que é aumentada com a repetitividade.

O projeto de corte de armaduras organiza o trabalho de corte, de forma a racionalizar o processo de execução, elevando a produtividade global, a partir da simplificação de métodos e técnicas requeridas. É na fase de projeto que o empreendedor tem maior capacidade de intervir sobre os custos totais do empreendimento, logo é nesta fase que deve iniciar a preocupação com o desperdício.

As Centrais de Corte são subempreiteiras especializadas, ainda em pequeno número no mercado, em relação às demais empresas do setor, mas como o mercado da construção

civil brasileira continua em crescimento, apesar da crise econômica nacional, esse número tende a se expandir. Um futuro de ordem econômica no país causará, no setor da construção civil, um salto extraordinário (INSTITUTO McKINSEY, 1999).

O mercado se abre à estruturação das empresas focadas em uma etapa do processo de produção, como centrais de corte e montagem de armaduras para estruturas de concreto armado. Além disso, o uso mais racional das subempreiteiras, pequenas empresas especializadas e com alto grau de eficiência e baixo desperdício no trabalho, irá aumentar a produtividade brasileira no setor (INSTITUTO McKINSEY, 1999). 3.3. O problema de corte O problema do estoque de recorte (cutting stock problem), neste caso, unidimensional, é um problema NP-difícil, que vem sendo amplamente investigado desde a década de 70 e para o qual se conhecem vários algoritmos de aproximação, algoritmos exatos e heurísticos (CINTRA & WAKABAYASHI, 1998). ARCARO (1988) explica que muitos materiais são manufaturados em grandes unidades de produção que, posteriormente, serão recortados em pedaços dos tamanhos encomendados pelos clientes. Em continuação, ele diz que esta estratégia de produção em grandes peças para depois recortá-las, é conseqüência da produção em massa, que reduz os custos da produção se comparado com a produção direta dos tamanhos encomendados pelos clientes. O estado da arte sobre o assunto é amplo e sofisticado e oferece condições de elaborar um projeto de corte de barras de aço que reduza o desperdício a valores muito inferiores aos quais estão acostumadas as empresas do setor de construção civil. Esta colaboração procura reduzir ainda mais este desperdício ao proporcionar o aproveitamento das sobras do corte de aço. Como ROODMAN (1986) nos diz, é melhor que sobrem alguns pedaços com tamanhos relativamente grandes (ou seja, aproveitáveis) do que muitos pedaços pequenos e que não terão utilidade alguma. O grande diferencial desta pesquisa reside, justamente, em formular uma programação capaz de realizar o corte de barras de aço de forma que as sobras do corte possuam comprimentos aproveitáveis ou sejam efetivamente não aproveitáveis (sucata). Neste ponto, far-se-á a relação entre comprimento e diâmetro, uma vez que barras que possuam diâmetros maiores, necessitarão ter sobras com comprimentos maiores para que venham a ser utilizadas posteriormente. Já as barras com diâmetros menores, utilizadas, por exemplo, na execução de estribos, poderão ter comprimentos de sobras menores do que as primeiras e ainda assim serem aproveitadas. 3.4. Programação Linear

Para desenvolver o método racional de corte proposto, far-se-á uso de ferramentas matemáticas e computacionais baseadas em Programação Linear. PUCCINI & PIZZOLATO (1987) definem a Programação Linear como uma técnica de otimização na resolução de problemas de alocação de recursos, que tenham seus modelos representados por expressões lineares. Sua grande difusão deve-se tanto à existência do método “Simplex” que, com o apoio de computadores, garante a solução ótima a baixo custo computacional, como à versatilidade que essa técnica possui em representar um amplo espectro de problemas.

Aos problemas de corte de armaduras para estruturas de concreto armado, comumente são dadas soluções míopes, atendendo a problemas localizados, sem no entanto levar em consideração as conseqüências acarretadas ao sistema; ou então é utilizado o método tentativa-e-erro, no qual as soluções vão sendo testadas, “in loco”, no decorrer da execução da estrutura, até que se encontre uma solução considerada satisfatória.

Segundo PUCCINI & PIZZOLATO (1987), os modelos matemáticos só devem ser preferidos quando as soluções tradicionais forem julgadas insatisfatórias. Estes procedimentos matemáticos devem garantir, em situações complexas, que se alcancem soluções não encontráveis pelo simples bom senso ou outro recurso simplório. No caso do corte de barras de aço para a construção civil, por maior que seja a complexidade do projeto estrutural apresentado, a otimização do corte é programada por um estagiário, pelo mestre de obras ou pelo encarregado das armaduras, que não fazem uso de nenhuma ferramenta computacional ou matemática, e muitas vezes nem mesmo usam lápis e papel.

A Programação Linear foi a ferramenta matemática escolhida para esta pesquisa, uma vez que se trata de uma técnica de programação matemática apropriada para a formulação e solução do problema.

O problema tradicional de corte unidimensional consiste em: dado um objeto, genericamente denominado de barra, de comprimento L, e uma lista de m itens, cada item i com comprimento li e demanda di ∈ N (i = 1,..., m), determinar o menor número de barras necessário para atender a demanda, ou seja, produzir di itens, cada qual de comprimento li. 4. Considerações finais Os projetos complementares ainda não fazem parte, como desejável, da cultura da construção civil brasileira. Os empresários deixam de fazê-lo, imaginando que estão fazendo economia, no entanto, o material que é perdido em função do desperdício, sai muito mais caro a esses empreendedores do que o investimento num projeto de corte de barras de aço.

A fase de projeto é por demais desprezada pelos empreendedores e a respeito disto, MESEGUER (1991) nos diz que o empreendedor ou proprietário não deveria negociar as condições de preço e prazo na fase de projeto. Um bom projeto é a melhor garantia para o negócio. O que deve ser feito é definir as obrigações do projetista com a maior precisão possível para que não haja mal-entendidos posteriores, dada a ambigüidade semântica da palavra projeto. Para solucionar o impasse entre preços, prazos e obrigações, VIEIRA NETTO (1988) propõe que se adote um critério de pontuação, contratando um bom projeto a preços compatíveis, dando à parte técnica maior peso na ponderação de tais notas, premiando soluções embutidas no projeto em termos de qualidade, prazos e custos e dando possibilidade aos projetistas de manterem em seus quadros técnicos os profissionais compatíveis com estas soluções. A variação no custo do projeto é irrelevante no custo total do empreendimento e, no entanto, um bom projeto influenciará sobremaneira no resultado final do empreendimento, além de reduzir os custos de operação e manutenção. MELHADO (1994) acrescenta que a motivação pela qualidade está vinculada à redução dos custos finais, já que nos dias de hoje existe a consciência de que é preciso buscar maior competitividade e que as perdas no processo produtivo, os custos com retrabalho e com as correções pós-entrega são bastante significativos, embora muitas vezes desconhecidos. Acreditando que a redução de custos gera motivação para buscar cada vez mais melhorias na qualidade dos produtos finais e, principalmente, na qualidade dos processos executivos, que se vem sugerir uma nova solução. A sugestão registrada neste artigo refere-se ao aproveitamento das sobras do corte de barras de aço. Solução esta, que se reúne a tantas outras que vêm sendo apresentadas todos os dias e que, unidas, podem trazer significativas melhoras ao setor, reduzindo um de seus problemas mais graves: o desperdício.

5. Referências Bibliográficas ARCARO, V. Recorte de estoque unidimensional. São Carlos. 54 f. Dissertação (Mestrado) – Instituto de Ciências Matemáticas de São Carlos, Universidade de São Paulo. 1988. BARROS, M.M.B. Metodologia para implantação de técnicas construtivas racionalizadas na produção de edifícios. São Paulo. 422 f. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 1996. CINTRA, G.; WAKABAYASHI, Y. Um algoritmo híbrido para o problema de corte unidimensional. In: XXX SIMPÓSIO BRASILEIRO DE PESQUISA OPERACIONAL, 30 p., 1998. Disponível em: <http://www.ime.usp.br/~glauber/publicações.htm> ESCRIVÃO FILHO, E. Fundamentos de Administração. In: ESCRIVÃO FILHO, E. (Ed.). Gerenciamento da construção civil. São Carlos, EESC: 1998. Cap. 1, p. 01-35. FRANCHI, C.C. et al. As perdas de materiais na indústria da construção civil. In: SEMINÁRIO QUALIDADE NA CONSTRUÇÃO CIVIL, 2., Porto Alegre, 1993. Gestão e Tecnologia. NORIE/UFRGS. p.133-198. GOLDMAN, P. Introdução ao planejamento e controle de custos na construção civil brasileira. 3.ed. São Paulo, Pini: 1997. 76 p. HELENE, P.R.L. Controle de qualidade na indústria da construção civil. In: INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS. Tecnologia das Edificações. São Paulo, PINI: 1988. p.537-540. INSTITUTO McKINSEY. Produtividade no Brasil: a chave do desenvolvimento acelerado. Rio de Janeiro, Campus: 1999. Cap. 3, p. 97-118. MELHADO, S.B. Qualidade do projeto na construção de edifícios: aplicação ao caso das empresas de incorporação e construção. São Paulo. 294 f. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 1994. MESEGUER, A. G. Controle e garantia da qualidade na construção. Trad. por Antonio Carmona Filho, Paulo Roberto do Lago Helene e Roberto José Falcão Bauer. São Paulo, Sinduscon-SP: 1991. Cap. 1-2, p.12-39. PICCHI, F.A. Sistemas de qualidade: uso em empresas de construção de edifícios. São Paulo. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 1993. ROODMAN, G. M. Near-optimal solutions to one-dimensional cutting stock problems. Comput. & Ops. Research. v.13, n.6, p. 713-719, 1986. SOUZA, R. et al. Sistema de gestão da qualidade para empresas construtoras. São Paulo, Pini: 1995. Cap.6, p. 127-147. SUMICHRAST, R. T. A new cutting stock heuristic for scheduling production. Comput. & Ops. Research. v.13, n.4, p. 403-410, 1986.

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