Schedulling recyclable waste collection
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Resumen
La transición desde esquemas tradicionales de recolección de residuos hacia sistemas de recolección selectiva de materiales reciclables ha introducido una complejidad operativa significativa en el diseño de los servicios urbanos, particularmente en la planificación de frecuencias de recolección, la coordinación entre fracciones y las decisiones de ruteo vehicular. A diferencia de los contextos convencionales de ruteo de arcos, los sistemas de recolección de residuos reciclables deben determinar simultáneamente no solo qué segmentos viales requeridos deben ser atendidos por vehículos con capacidad limitada, sino también cuando debe ejecutarse cada servicio y cómo deben sincronizarse. Para esto, esta tesis introduce el Problema de Ruteo de Arcos Capacitado, Coordinado y SemiPeriódico (SP-C-CARP), en el cual los arcos deben asignarse a combinaciones factibles de días dentro de un horizonte finito de planificación y rutearse bajo restricciones de capacidad, preservando relaciones predefinidas de coordinación entre fracciones. Para resolver este problema, se propone una heurística constructiva jerárquica. La metodología descompone progresivamente el problema en subproblemas de menor complejidad, sin comprometer la consistencia estructural entre las decisiones de calendarización y ruteo. El modelo fue validado mediante un enfoque comparativo centrado exclusivamente en la coordinación, en escenarios semi-reales generados a partir de datos disponibles suministrados por una gran empresa de recolección de residuos de Medellín, Colombia. Los experimentos computacionales y los análisis realizados muestran que el heurístico propuesto puede introducir soluciones de alta calidad de manera eficiente. Finalmente, se presentan diversas implicaciones gerenciales y línea de investigación futura.
Abstract
The transition from undifferentiated waste collection schemes to source-separated recyclable waste collection systems has introduced significant operational complexity into urban service design, particularly in the joint planning of collection frequencies, inter-fraction coordination, and vehicle routing decisions. Unlike conventional arc routing setting, recyclable waste collection systems must simultaneously determine not only low required street segments to be serviced by capacitated vehicles, but also when each service must be performed and how different commodities should be temporally synchronized to ensure operational consistency and user convenience. To address these, this thesis introduces the Semi-Periodic Coordinated Arc Routing Problem (SP-C-CARP), a novel extension of the classical CARP in which required arcs must be assigned to feasible day combinations over a finite planning horizon and routed under capacity constraints while preserving predefined coordination among waste fractions. To solve this problem, we develop a hierarchical constructive heuristic. The proposed methodology progressively decomposes the original problem into lower-complexity subproblems without compromising structural consistency between scheduling and routing decisions. The model was validated using a comparative coordinated-only approach in semi-realistic scenarios generated from available data provided by a large waste collection company in Medellín, Colombia. The computational experiments and analyses show how the proposed heuristic can yield high-quality solution efficiently. Finally, several managerial insights and future research are provided.