Palavras-chave: Método de Análise Hierárquica. AHP. Programa de Investimento em Logísitca. Estudo de viabilidade. Ferrovia.

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1 1 Utilização do Método de Análise Hierárquica - AHP (Analytic Hierarchy Process) no estudo de alternativas de traçados de ferrovias: O caso da ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA. Juliane Barbosa Rosa Bortoleto julianebortoleto@gmail.com MBA Gerenciamento de Obras, Tecnologia e Qualidade da Construção Instituto de Pós-Graduação - IPOG Brasília, DF, 15 de dezembro de 2014 Resumo Este trabalho aborda a utilização do Método de Análise Hierárquica AHP (Hierarchy Process) na escolha da alternativa de traçado mais viável para a implantação da ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA. Trata-se de uma metodologia multicriterial que auxília na tomada de decisão e levou em consideração os dados de engenharia, os aspectos ambientais e sócio-econômicos da região no estudo de viabilidade desenvolvido. O estudo de caso da ferrovia em questão faz parte do Programa de Investimento em Logística, lançado pelo Governo Federal em agosto de Palavras-chave: Método de Análise Hierárquica. AHP. Programa de Investimento em Logísitca. Estudo de viabilidade. Ferrovia. 1. Introdução O Governo Federal brasileiro lançou o Programa de Investimentos em Logística em agosto de 2012, com o objetivo de ampliar a escala dos investimentos públicos e privados em infraestrutura rodoviária, ferroviária, hidroviária, portuária e aeroportuária. No setor ferroviário, o programa prevê investimentos de R$ 99,6 bilhões em construção e/ou melhoramentos de aproximadamente 11 mil km de ferrovias (EMPRESA DE PLANEJAMENTO E LOGÍSITCA, 2014). Para os diversos trechos de ferrovia lançados no programa, foram elaborados estudos técnicos de engenharia, ambiental, demanda e viabilidade para a implantação das obras, com a colaboração do corpo técnico da Agência Nacional de Transportes Terrestres, do Ministério dos Transportes, da Empresa de Planejamento e Logística S.A. e da Valec Engenharia, Construções e Ferrovias S.A.. Este artigo aborda de forma sucinta os dados apresentados nos estudos de engenharia do estudo de viabilidade da ferrovia que ligará a cidade de Açailândia, no Maranhão até Barcarena, no Pará. O mapa seguinte apresenta as ferrovias que fazem parte do Programa de Investimentos em Logística.

2 2 Açailândia/MA Barcarena/PA Barcarena Açailândia Feira de Santana/BA Parnamirim/PE João Pessoa FNS - Porto Nacional/TO - Anápolis/GO Ouro Verde/GO Estrela D Oeste/SP Porto Nacional Parnamirim Ipojuca Feira de Santana/BA Ipojuca/PE Lucas do Rio Verde Feira de Santana Candeias Manoel Vitorino/BA Candeias/BA Lucas do Rio Verde/MT Campinorte/GO Campinorte Ouro Verde Anápolis Belo Horizonte/MG Guanambi/BA Anápolis/GO Corinto/MG Estrela D Oeste/SP Dourados/MS Estrela D Oeste Panorama Belo Horizonte Vila Velha Prudente de Morais/MG Campos dos Goytacazes/RJ Maracaju Dourados Mairinque Nova Iguaçu Campos Nova Iguaçu/RJ Vila Velha/ES Maracaju/MS Lapa/PR Ferroanel/SP Lapa Paranaguá Lapa/PR Pontal do Paraná/PR Mairinque/SP Rio Grande/RS Rio Grande Figura 1: Programa de Investimento em Logística: Ferrovias Os estudos desenvolvidos utilizou o Método de Análise Hierárquica AHP (Analytic Hierarchy Process) para auxiliar na escolha da alternativa de traçado estudada mais viável. É um método baseado em análises de multicriterio, mais amplamente utilizado e conhecido no apoio a tomada de decisão, na resolução de conflitos e em problemas de alta complexidade de decisões gerenciais. Sucintamente, este artigo esta organizado da seguinte forma: a seção 2 apresenta uma breve descrição do estudo da ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA e as alternativas de traçados; a seção 3 descreve a Metodologia AHP; a seção 4 apresenta o estudo de caso que tem por objetivo demonstrar os dados considerados; e, finalmente, a seção 5 apresenta os resultados obtidos após a aplicação da Metodologia AHP e a conclusão do estudo. 2. Ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA A ferrovia que ligará os municípios de Açailândia e Barcarena intercepta vários municípios nos Estados do Maranhão e Pará, onde vivem aproximadamente 800 mil habitantes. O estudo foi idealizado com o propósito de ampliar e integrar o sistema ferroviário nacional e estabelecer sua interligação com o Complexo Portuário de Vila do Conde, no Pará, localizado em posição estratégica em relação aos portos da Europa e da costa leste da América do Norte.

3 3 Segundo Agência Nacional de Transportes Terrestes (2014), por se tratar de uma ferrovia apenas para transporte de carga, a implantação desse empreendimento torna possível a interligação entre a Região Norte e os portos de Rio Grande/RS, Santos/SP e Itaguaí/RJ, cortando o interior do Brasil, além de colocar o Porto de Vila do Conde como alternativa para o escoamento de produtos pelo norte do país. Foram estudadas quatro alternativas de traçado, com o intuito de definir uma alternativa viável para a implantação da ferrovia. Diante disso, a definição das diretrizes tecnicamente factíveis da ferrovia em estudo foram: Determinação da viabilidade física das alternativas identificadas como as que melhor atendem os objetivos, ponderadas por aspectos ambientais e por estudos de demanda para a ligação ferroviária proposta; Comparação das características técnicas, ambientais, econômicas e financeiras das alternativas; Individualização da alternativa com base em critérios selecionados e ponderados em função de sua importância e relevância para o projeto (Análise Hierárquica Matriz AHP). Para o desenvolvimento de uma diretriz que possa produzir alternativas de traçados de melhores condições geométricas, foi analisada a região por onde a ferrovia poderia ser desenvolvida com menores custos de implantação e de operação. Foram levadas em consideração nos estudos das alternativas de traçados as áreas especiais como as áreas indígenas, quilombolas, áreas de preservação permanente e áreas de recursos hídricos, de forma que não se tenha problemas para a implantação da obra neste trecho. As alternativas propostas apresentam a extensão da Ferrovia Norte Sul até o município de Barcarena/PA, iniciando nas proximidades do pátio existente que dá acesso a Estrada de Ferro Carajás, em Pequiá, no município de Açailândia/MA, aproximadamente a 10 quilômetros do centro urbano. Os traçados estudados atravessaram os estados do Maranhão e do Pará, e os municípios de Açailândia/MA, Itinga do Maranhão/MA, Rondon do Pará/PA, Dom Eliseu/PA, Ulianópolis/PA, Paragominas/PA, Ipixuna do Pará/PA, Tomé-Açu/PA, Acará/PA e Abaetetuba/PA, até chegar ao Porto de Vila do Conde, no município de Barcarena/PA. Em três alternativas, após o local de partida em Açailândia/MA, a ferrovia cruza a Estrada de Ferro Carajás, próximo ao pátio e a ponte ferroviária sobre o Rio Cajuapara e, em seguida cruza a BR-222/MA. Estes traçados acompanham o Vale do Rio Cajuapara, em seguida cruza a BR-010, em Ulianópolis/PAs Passam próximos a minas da região de Paragominas/PA e Ipixuna do Pará/PA, atravessando minerodutos em diversos pontos. Uma outra alternativa de traçado estudada, após Açailândia/MA se deriva para o oeste, cruzando a BR 010/MA, subindo a Serra de Guripi, para em seguida descer até o Rio Capim, a partir do qual o traçado coincide com uma das alternativas até o ponto final, em Barcarena/PA. Os traçados ainda atravessam o Rio Capim, importante rio do Baixo Amazonas, com aproximadamente 130 m de largura, que no período de cheias tem suas margens alagadas permanentemente. Aproximadamente a 75 km do destino final no Pará, cruzam o Rio Acará e a PA-252. Já no trecho final, os traçados interceptam a PA-151, seguindo até o ponto final, no Porto de Vila do Conde, em Barcarena/PA.

4 4 O mapa a seguir apresenta as alternativas 1, 2, 3 e 4 dos traçados estudados para a ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA. Figura 2: Alternativas de traçados estudadas da ferrovia Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestes (2014)

5 5 3. Método de Análise Hierárquica - AHP (Analytic Hierarchy Process) O Método de Análise Hierárquica AHP (Analytic Hierarchy Process) é mais amplamente utilizado e conhecido no apoio à tomada de decisão na resolução de problemas com múltiplos critérios. Este método decompõe o problema em fatores, que por sua vez podem ser divididos em novos fatores, e assim sucessivamente até se chegar ao nível mais claro e mensurável do problema. Silva et al. (2004) oferecem uma definição concisa sobre avaliações multicritériais: De modo geral, os processos de decisão pretendem satisfazer um ou múltiplos objetivos e são desenvolvidos com base na avaliação de um ou vários critérios. Portanto, no contexto de um processo de decisão é frequente que diversos critérios tenham de ser avaliados e combinados, e os procedimentos para fazê-lo constituem o que se designa por Avaliação Multicritério (SILVA et al., 2004, 73). A definição conceitual do método AHP é oferecida por Silva et al. (2004): Esta técnica baseia-se numa matriz quadrada n x n, de comparação entre os n critérios [entendidos como os parâmetros, para o presente estudo], onde as linhas e as colunas correspondem aos critérios (na mesma ordem ao longo das linhas e ao longo das colunas). Assim, o valor ai,j representa a importância relativa do critério da linha i face ao critério da coluna j. (SILVA et al., 2004, 81). aij = 1/aji e aii = 1 O que a equação representa é a relação de importância definida quando dois parâmetros são comparados. Se o parâmetro da linha i for 3 vezes mais importante que o parâmetro da coluna j, logo o parâmetro da coluna j receberá o valor de 1/3 da importância do parâmetro da linha i. O método AHP permite, portanto, que seja realizada a avaliação de um grupo de parâmetros através de comparação feita aos pares. Esta metodologia se estabelece em três etapas de pensamento: construção de hierarquias, definição de prioridades e consistência lógica. Conforme descrito por Saaty, T.L. (2008), para tomar uma decisão de forma organizada visando gerar prioridades é preciso decompor o processo de decisão nos seguintes passos: Definir o problema e determinar o tipo de conhecimento necessário; Estruturar a hierarquia de decisão do topo com o objetivo da decisão, então os objetivos de uma perspectiva ampla, passando pelos níveis intermediários (critérios dos quais os elementos seguintes dependerão) para o nível mais baixo (o qual usualmente é um conjunto de várias alternativas); Construir um conjunto de matrizes de comparação. Cada elemento em um nível mais alto é usado para comparar os elementos em um nível imediatamente abaixo; Usar as prioridades obtidas das comparações para ponderar as prioridades no nível imediatamente abaixo. Fazer isso para todos os elementos. Dessa forma, para cada elemento no nível inferior adiciona o seu peso e obtém-se a prioridade global. Dando continuidade no processo de ponderação e adição até o final, as prioridades das alternativas no nível mais baixo são obtidas. A atribuição dos graus de importância obedece aos critérios expostos por Saaty, T.L. (2008) mostrados na tabela a seguir.

6 6 Intensidade da importância Definição 1 Igual importância 3 Pouco mais importante 5 Muito mais importante 7 9 2, 4, 6, 8 Valores recíprocos dos anteriores Bastante mais importante Extremamente mais importante Valores intermediários Tabela 1 - Escala de comparação de critérios Fonte: Silva et al. (2004) Explicação As duas atividades contribuem de forma idêntica para o objeto A análise e a experiência mostram que um critério é um pouco mais importante que o outro A análise e a experiência mostram que um critério é claramente mais importante que o outro A análise e a experiência mostram que um dos critérios é predominante para o objetivo Sem qualquer dúvida um dos critérios é absolutamente predominante para o objetivo Também podem ser usados Considerando os valores informados na Tabela 1, o presente estudo adotou para os cálculos do modelo AHP matrizes com variação entre 1/9 (extremamente menos importante) e 9 (extremamente mais importante). A tabela 2 representa a mesma escala de comparação de critérios, interpretada por meio de outra estrutura. 1/9 1/7 1/5 1/ Extremamente Bastante Muito Pouco Igual Pouco Muito Bastante Extremamente Menos Importante Tabela 2 - Escala de comparação de critérios Fonte: Silva et al. (2004) Mais Importante 4. Estudo de caso Adotou-se uma metodologia própria para ponderar os fatores antes mencionados de modo a quantificar as avaliações comparativas entre as alternativas de traçados estudadas para a ferrovia, permitindo selecionar entre elas, uma única alternativa mais viável para o projeto. A tomada de decisão e seleção da alternativa se dá pela formação de um ranking, entre as alternativas estudadas. Esse ranking foi estabelecido conforme a Metodologia AHP, o qual estrutura a tomada de decisão com base na importância de critérios selecionados e ponderados em função de sua importância e relevância para o projeto em questão.

7 7 4.1 Modelagem do problema Através da definição da meta global, dos objetivos, dos criterios e das alternativas foi possivel estruturar o problema de forma a orientar a aplição do Método AHP. A figura 3 a estruturação do modelo hierárquico para o problema proposto. Selecionar a alternativa de traçado mais Objetivo Critérios viável para a ferrovia Custo de Implantação Prazo de Execução Aspectos Ambientais Características técnicas/ operacionais Captação da demanda Custos e benefícios sociais do empreendimento Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 Figura 3: Modelo hierárquico aplicado no estudo De acordo com a figura anterior e segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestes (2014) os critérios determinantes na avaliação e comparação entre as alternativas de traçado foram: Custos de implantação, manutenção e gestão; Prazo de execução; Meio ambiente (restrições ambientais, áreas de uso especial, etc); Características técnicas e operacionais (traçado, geometria, relevo, volumes de terraplenagem, custos de transportes, etc); Custos e benefícios sociais do empreendimento; Captação de demanda. Dessa forma, as notas das alternativas foram ponderadas em função da relevância dos aspectos considerados, ou seja, os vetores determinantes foram fixados e preenchidos nos vetores sob sua responsabilidade (custo, prazo, aspectos ambientais, características técnicas e operacionais, aspectos sociais e demanda), conforme a tabela a seguir.

8 8 Prioridades Custo de Implantação Prazo de Execução Aspectos Ambientais Características técnicas/ Operacionais Custos e benefícios sociais do empreendiment o Captação da demanda Custo Implantação 1,00 3,00 1,00 1,00 1,00 1,00 Prazo de Execução 0,33 1,00 0,33 0,33 0,50 0,67 Aspectos Ambientais 1,00 3,00 1,00 1,50 1,00 1,00 Operacional/ Características técnicas Custos e benefícios sociais do empreendimento 1,00 3,00 0,67 1,00 0,67 1,00 1,00 3,00 1,00 1,50 1,00 1,00 Captação da demanda 1,00 1,50 1,00 1,00 1,00 1,00 Tabela 3: Matriz Normalizada de Critérios Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTES (2014) Os vetores de priorização e seus respectivos pesos relativos foram uniformizados, de acordo com a definição da equipe técnica que realizou o estudo, e utilizados no preenchimento da Matriz AHP, como apresentado na tabela seguinte. Vetor de Priorização Peso Custo Implantação 19% Prazo de Execução 8% Aspectos Ambientais 20% Operacional/Características técnicas 17% Custos e benefícios sociais do empreendimento 20% Captação da demanda 17% Tabela 4: Vetores de priorização e pesos Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTES (2014) Com o estudo realizado para cada alternativa de traçado, foi possível obter parâmetros suficientes para a avaliação e comparação entre elas. Os parâmetros considerados estão apresentados na tabela seguinte.

9 9 CUSTO DE IMPLANTAÇÃO (R$) Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 Infraestrutura (Terraplenagem + Drenagem) Superestrutura Custo de Obras de Arte/Tuneis Outros custos indiretos Investimento total Investimento total por km PRAZO DE EXECUÇÃO Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 Tempo de implantação (meses) ASPECTOS AMBIENTAIS Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 Unidades de Conservação (unid.) Unidades de Conservação a 10 km (unid.) Fragmentos de florestas secundárias (unid.) Fragmentos de florestas primárias (unid.) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS/OPERAÇÃO Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 Extensão (m) Obras de arte especiais (unid.) Túneis (unid.) Extensão de OAE (m) Extensão de Túneis (m) Taxa de curvas (extensão de curvas/extensão total) 0,64 0,24 0,19 0,16 Taxa de rampas máximas (extensão de rampa máxima/extensão total) 0,1 0,09 0,02 0,10 Maior extensão de rampa máxima (m) Extensão de curva com raios menores que o mínimo (m) Menor Raio adotado (m) 343, , , ,823 Rampa máxima adotada (%) 0,6 0,907 0,62 0,6 ASPECTOS SOCIAIS Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 Terras indígenas (unid.) Terras indígenas a 10 km (unid.) Municípios com registro de comunidades Quilombolas (unid.) Comunidades Quilombolas a 10 km (unid.)

10 10 Interferência Perímetros Urbanos (unid.) Passagem em nível (unid.) Tabela 5: Parâmetros para avaliação do estudo da ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTES (2014) 5. Resultados e conclusão O desdobramento dos parâmetros para a avaliação de cada alternativa conduz a normalização da matriz, permitindo o cálculo das prioridades médias locais (PML s). Alternativa Alternativa Alternativa Alternativa Estimativa de Custo PML s Alternativa ,20 Alternativa ,16 Alternativa ,29 Alternativa ,34 Alternativa Alternativa Alternativa Alternativa Prazo PML s Alternativa ,18 Alternativa ,16 Alternativa ,33 Alternativa ,33 Alternativa Alternativa Alternativa Alternativa Aspectos Ambientais PML s Alternativa ,21 Alternativa ,18 Alternativa ,28 Alternativa ,33 Alternativa Alternativa Alternativa Alternativa Características técnicas/ Operacional PML s Alternativa ,14 Alternativa ,17 Alternativa ,37 Alternativa ,32 Benefícios sociais Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3 Alternativa 4 PML s Alternativa ,21 Alternativa ,21 Alternativa ,29 Alternativa ,29 Captação da demanda Alternativa Alternativa Alternativa Alternativa PML s Alternativa ,21 Alternativa ,21

11 11 Alternativa ,21 Alternativa ,37 Tabela 6: Normalização das matrizes - ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTES (2014) O resultado da Matriz AHP, na análise de prioridade global, mostra que a alternativa 4 apresenta melhor avaliação comparativa para a ferrovia Açailândia/MA Barcarena/PA, como mostra a tabela 7 e o respectivo mapa na sequência.

12 12 Alternativas Prioridade Global Alternativa 1 0,20 Alternativa 2 0,18 Alternativa 3 0,29 Alternativa 4 0,33 Tabela 7: Resultado da Matriz: trecho Açailândia/MA Barcarena/PA Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTES (2014)

13 13 Figura 4: Mapa da alternativa 4 do traçado escolhido. Fonte: Agência Nacional de Transportes Terrestes (2014)

14 14 Referências AGÊNCIA NACIONAL DE TRANSPORTES TERRESTES. Estudos Preliminares: Relatório 2 Estudos de Engenharia Volume I. Brasília, DF, Disponível em: < Acesso em 30 dez LOGÍSTICA BRASIL, Brasília, DF, Concessões Ferroviárias. Brasília, DF, Disponível em: < Acesso em 30 dez EMPRESA DE PLANEJAMENTO E LOGÍSITCA. Brasília, DF, Disponível em: < LISBOA, Marcus Vinícius; SARAGIOTTO, Luiz F. R. Aplicação do Analytic Hierarchy Process AHP em estudos de alternativas de traçados de rodovias: o caso do trecho norte do rodoanel Mario Covas. In: XVIII ANPET Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes Florianópolis, SC, Brasil, 8 a 12 de Nov. de MARTINS, Cristiano Souza; SOUZA, Daniela de Oliveira; BARROS, Magno da Silva. O uso do Método de Análise Hierárquica (AHP) na tomada de decisões gerenciais Um estudo de caso. In: XLI SBPO - Pesquisa Operacional na Gestão do Conhecimento Porto Seguro, BA, Brasil, 1 a 4 de Set. de SAATY, Thomas L. Decision making with the analytic hierarchy process. In: International Journal of Services Sciences (IJSSCI), Vol. 1, No. 1, SILVA, Antônio Nélson Rodrigues da [et al]. SIG: Uma plataforma para introdução de técnicas emergentes no planejamento urbano, regional e de transportes. São Carlos: Editora dos Autores, 2004.