Investigação documental e pesquisa bibliográfica
5 “Cada vez mais, pesquisadores em muitos campos, incluindo arquitetura, estão defendendo uma abordagem mais Integrativa
onde por vários métodos de diversas tradições são incorporados em um estudo de pesquisa. Porque cada estratégia típica pesquisa traz consigo particulares pontos fortes e fracos (como temos observado nos capítulos anteriores), muitos pesquisadores acreditam que a combinação de métodos oferece verificações apropriadas contra os pontos fracos em cada um, permitindo simultaneamente que os benefícios que se complementam”
A investigação documental foi realizada em documentos de órgãos públicos, sendo esses os mapas da Prefeitura de Belo Horizonte, dados das torres meteorológicas e dados das Normais Climatológicas. A pesquisa bibliográfica, já apresentada no capítulo 1, foi baseada no estudo de livros e artigos da área utilizados para a revisão bibliográfica e para a avaliação dos resultados obtidos no trabalho (GROAT; WANG, 2002).
Amostragem e medições de variáveis físicas
A coleta dos dados de campo desse trabalho foi feita por medições através de estações climatológicas e/ou abrigos climatológicos instalados em áreas de estudo. Tendo em vista características específicas do clima urbano, a seleção de dados foi feita por amostragem. A amostragem utilizada é de caráter não-probabilista por tipicidade, visto que se objetiva identificar na série de dados medidos, os períodos que melhor corresponderiam a formação de ilhas de calor urbanas.
Os dados utilizados para a calibração do modelo microclimático foram obtidos das estações climatológicas de Belo Horizonte, do programa Radiasol6® (versão 2) e dos
dados colhidos no site de agrometeorologia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE7), os quais foram trabalhados e estão presentes no apêndice deste
trabalho.
6 http://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/45987 7 http://agricultura.cptec.inpe.br/umidade.shtml
Aquisição dos dados usando HOBOs
Para a obtenção de dados meteorológicos da área do Cemitério da Paz, foi necessária a utilização de 2 abrigos meteorológicos com a utilização de medidores dataloggers (receptores de dados) da Onset®, modelo HOBO (HOBO U12 Temperature/Relative Humidity/Light/External Data Logger - U12-012/ 904042 e 904043), que após aferição com a estação meteorológica-padrão de Belo Horizonte (5º DISME/INMET), foram locados nos espaços escolhidos dentro da área de estudo.
Tabela 2 - Especificações do medidor Faixa de medição Temperatura do ar e umidade
relativa do ar (RH) -20 ° a 70 ° C (-4 ° a 158 ° F) RH: 5 a 95 RH
Canais analógicos 0 a 2,5 VCC (wCABLE-2.5- STEREO); 0 a 5 VCC (wCABLE- ADAP5); 0 a 10 VCC (w cabo- ADAP10); 4-20 mA (wCABLE-4-20MA) Precisão Temperatura do ar e umidade relativa
do ar (RH) (± 0,63 ° F de 32° a 122° F ± 0,35 ° C de 0° a 50° C ± 2.5 de 10 a 90 RH (típico) Canal de entrada externa ± 2 mV ± 2.5 de leitura
absoluta Resolução Temperatura do ar e umidade relativa
do ar (RH) 0,03 ° C a 25° C (0,05 ° F a 77° F) 0,03 RH
Taxa de amostragem 1 segundo para 18 horas,
selecionável pelo usuário Tendência Temperatura do ar e umidade relativa
do ar (RH) 0,1 ° C no ano (0,2 ° F) 1 por ano típico; RH Histerese de 1 Tempo de resposta no fluxo de ar de 1
ms (2,2 km/h):
Temperatura: 6 minutos, típicos de 90 Figura 14 - Aferição dos HOBOs em ambiente fechado.
RH: 1 minuto, típico de 90 Tempo de precisão : ± 1 minuto por mês a 25° C
(77° F) Temperatura de funcionamento: Log: -20 ° a 70 ° C (-4 ° a 158 ° F); 0 a 95 RH (sem condensação) Lançamento leitura: 0° a 50° C (32° a 122° F),
por especificação de USB
Fonte: http://www.onsetcomp.com/products/software, 2014
O procedimento de aferição dos aparelhos foi realizado em duas etapas, baseados nos procedimentos padrão de aferição de Hirashima (2010). Primeiramente, em ambiente sem interferência humana e fechado; o ambiente foi preparado previamente para a colocação desses equipamentos, luzes artificiais desligadas e o ambiente mantido sem ventilação direta, com as aberturas vedadas e sem insolação direta nos aparelhos, foram realizadas as medições em conjunto de quatro aparelhos durante os dias 28 e 29 de dezembro de 2013, com frequência de 15 em 15 minutos (Figura 14). Isso foi feito para verificar se todos os aparelhos estavam dando resposta semelhante.
Posteriormente, os aparelhos foram levados ao 5º DISME/INMET para aferição . Foram colocados no abrigo da estação meteorológica-padrão (Figura 15), durantes os dias 30 e 31 de dezembro de 2013, com frequência de medição de hora em hora, para comparação com as leituras dos termômetros-padrão. Os dados gerados serviram para a seleção dos dois melhores aparelhos de medição a serem utilizados em campo para a aquisição de dados, além da aferição desses aparelhos.
A aferição dos HOBO’s inloco nos abrigos utilizados para a simulação não foram realizadas, após a verificação dos dados obtidos nas duas etapas, foi realizado um estudo do período de medição, através da comparação8 dos valores dos HOBO’s e dos dados captados pelos equipamentos do 5º DISME/INMET no Excel®, realizando as correções necessárias de horários.
Cenários hipotéticos ( técnica de pesquisa de cenários futuros)
A coleta dos dados é base para o desenvolvimento de um prognóstico para os recintos urbanos selecionados como casos de estudo, pois configura o caso de referência (situação atual) usado para a calibração do modelo micrometeorológico. A técnica de cenário futuro foi utilizada nas simulações computacionais gerando variações do caso de referência para comparação (uso e ocupação do solo). Os experimentos analisados são:
Caso básico: área hipotética com modificação de revestimento, utilizando como dados de entrada as Normais Climatológica, modelada na versão 3.1 do programa computacional para calibração para a cidade de Belo Horizonte.
Teste de sensibilidade quanto a Umidade Relativa do solo na área em questão. Experimento 1: Centro da cidade de Belo Horizonte (recorte de 360000m²) utilizando como base os dados medidos de Assis (Wellington, 2010). Verificação da confiabilidade do programa na versão 4.0 para a área em questão.
Experimento 2: áreas verdes reais e área asfaltada e concretada modeladas no programa de simulação, e modificadas para nova adequação quanto ao revestimento de piso e inserção de vegetação arbórea.
- Cemitério da Paz: modificação da área interna gramada do cemitério, por revestimento de concreto. Essa modificação altera o principal revestimento de solo local, sem modificar os demais elementos inseridos no recorte.
- INMET: uma porção da área vegetada por árvores de grande porte é retirada do campus da UFMG e substituída por concreto, essa área pertence a parte frontal do terreno.
- Aeroporto da Pampulha: principal modificação é a alteração do material da pista (asfalto) e do passeio (concreto) por gramínea. Toda a região da pista e todo o passeio a redor foi modificado.
Com esses experimentos expostos, o estudo é realizado com a comparação entre os Experimentos e o Caso Básico considerando seus pontos que em comum (Quadro 2).
Quadro 2 - Configuração de revestimento de piso e vegetação arbórea para comparação Testes Concreto Solo nu Gramado Bosque
Caso Básico x x x x Experimento1 x x Experimento2.1 x x Experimento2.2 x x Experimento2.3 x x Área de estudo
A cidade se localiza entre as latitudes 19°46´35” e 20°03’34” sul e entre as coordenadas de 43°51’27” e 44°03’47” de longitude oeste, a uma altitude média em relação ao nível do mar de 875 metros. Pela proximidade do trópico de Capricórnio a atividade atmosférica no local define períodos seco e úmido, com o inverno e outono bem definidos pelas baixas temperaturas. A partir do trabalho da Comissão Construtora chefiada pelo Engenheiro Aarão Reis, iniciado em 1894, o chamado Curral Del Rei deu lugar à cidade de Belo Horizonte, que foi projetada para ser a capital do estado de Minas Gerais. A nova capital foi inaugurada em 12 de dezembro de 1897, assim substituindo a até então capital do estado, Ouro Preto (ASSIS, 2010).
A Avenida do Contorno forma um anel que contém o centro urbanizado da cidade; além dessa área, foram previstas as regiões suburbanas e as colônias agrícolas, formando cinturões consecutivos em torno daquela avenida. Construída para uma população de 200.000 habitantes, o município de Belo Horizonte ocupa hoje uma área aproximada de 331, 401 km2 e, segundo o último senso demográfico de 2010, sua população é de aproximadamente 2.375.151 habitantes (IBGE, 2014).
Possui como barreira orográfica a sudeste a Serra do Curral, fazendo com que o vento leste, predominante do local, seja desviado para nordeste na região centro-sul; sua velocidade média anual é 1,5m/s e a média anual de chuvas é de 1.490mm. (VILELA, 2007).
A capital é subdividida em regiões (Figura 16), zoneando a cidade. Essas regiões são administradas individualmente e possuem características urbanas peculiares. As áreas de estudo estão situadas nas regionais da Pampulha e Noroeste; mais ao norte, a região da Pampulha tem um relevo menos acentuado, comparando com o restante da cidade, com edificações em sua maioria de até 5 pavimentos.
A vegetação nativa da região não ultrapassa 2% das florestas originalmente existentes, segundo dados obtidos por Meyer et al. (2004). A área de floresta possui solo que se enquadra em Latossolo Vermelho Escuro, um tipo de solo que possui boa drenagem e é sedimentado, com a vegetação sub-perenifólia de porte alto. Nas áreas de estudo selecionadas foi feito o levantamento quanto ao tipo de solo, pavimentação e forração vegetal e em geral o tipo arbóreo predominante, se há ou não edificações presentes no espaço e se houver, qual sua altura.
Figura 16 - (1) Identificação do Municípi o no estado de Minas Gerais; (2) Identificação em representação gráfica da região a ser estudada no trabalho; (3) Imagem com a localização das áreas de estudo
Fonte: (1) e (2) PREFEITURA DE BELO HORIZONTE, modificada, 2013; (3)GOOGLE , 2014.
(3)
N
575
0 2300m
Os recortes escolhidos possuem poucas áreas edificadas e utilizando pouco do entorno edificado, para melhor aproveitamento da simulação quanto a vegetação. As áreas são:
O Cemitério da Paz, localizado no bairro Caiçara, (Lat: 19º 53’ S Long: 43º 57’ O) (Figura 17): o local possui uma massa vegetativa horizontal, rasteira, com forração de gramínea, pavimentação de asfalto e calçamento em paralelepípedo. Local onde foram implantados os HOBOs. Altura dos medidores: 875m (medidor 909042) e 865m (medidor 909043)
A primeira área a ser tratada é o Cemitério da Paz, que segundo o site da Prefeitura de Belo Horizonte (2014) o Cemitério é a maior necrópole da capital, com mais de 40 anos de existência e possui sua configuração de distribuição de covas e cobertura vegetativa desde sua inauguração em 1967, foi considerado um cemitério parque, por sua vasta extensão e cobertura por gramado sempre em ótimas condições.
Atualmente o Cemitério da Paz ainda possui grande área vegetativa revestida com gramado, possui arborização em alguns setores, e com expansões construtivas de serviço para os usuários e administrativas. Sua manutenção é realizada, porem foi notado que dependendo do setor que as covas se encontram não há a mesma manutenção.
A estação meteorológica automática do INMET, que está localizada na Estação Ecológica da UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais), (Lat: 19º 53’ 01.60” S Long: 43º 58’ 10.43” O), (Figura 18): foi escolhida por ser localizada em uma área de grande massa vegetativa de porte arbóreo de altura entre 10 a 20 metros; possui pavimentação de asfalto e calçamento de paralelepípedo. Altura do medidor: 860m
O INMET, é o Instituto Nacional de Meteorologia, um órgão público, do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, que possui como meta prover informações meteorológicas para a sociedade brasileira. A sede principal encontra-se em
Brasília, e além da sede, existem 10 distritos, 10 capitais com aparelhagem suficiente para suprir e melhor atender as necessidades da sociedade.
O sistema de coleta de dados das estações (para as variáveis de temperatura do ar, umidade relativa do ar, direção e velocidade dos ventos, entre outros) possui estações de sondagem de ar – radiossonda-, estações meteorológicas de superfície, sendo a maior rede de estações automáticas da América do Sul. A estação convencional do INMET possui sua sede na Avenida Raja Gabáglia, sendo o 5° distrito do INMET, e possui sub-sedes em alguns pontos de Belo Horizonte, a estação utilizada para este trabalho fica localizada no campus da Universidade Federal de Minas Gerais. (INMET, 2014)
Aeroporto da Pampulha (Aeroporto Carlos Drummond de Andrade), localizado no bairro São Luiz, (Lat: 19º 51’ 02,48” S Long: 43º 57’ 24,50” O)(Figura 19). Possui uma vasta pavimentação de asfalto, concreto e áreas gramadas e de solo nu (solo argiloso). A área possui uma estação meteorológica operada pela INFRAERO. Altitude do medidor: 810m
Segundo a INFRAERO (2014) o Aeroporto da Pampulha começou a funcionar em 1933, e possuía a principal função de atender a demanda de correio aéreo militar, ligando em uma escala, a cidade do Rio de Janeiro a Fortaleza. Até então sua pista era basicamente uma pista de revestimento vegetativo, forração de grama, e em 1943 a pista é concretada. Em 1961 a pista obtêm as dimensões atuais.
Fonte: PREFEITURA DE BELO HORIZONTE, PRODABEL, modificada, 2014. HOBO 909042
HOBO 909043
Figura 17 - Área de estudo: Cemitério da Paz
Fonte: PREFEITURA DE BELO HORIZONTE, PRODABEL, modificada, 2014.
Fonte: PREFEITURA DE BELO HORIZONTE, PRODABEL, modificada, 2014
Simulação, Tratamento e Análise de Dados
Para a última etapa de desenvolvimento do trabalho foi utilizado o programa ENVI- met® para simulação computacional, a qual gera resultados acerca do microclima das áreas de estudo para padrões atuais e futuros (possíveis) de ocupação. A caracterização da região por áreas auxilia nessa etapa, pois o programa trabalha usando uma grade (grid), a qual pode ser dimensionada em largura, comprimento e altura, cujo tamanho máximo é pré-estabelecido, sendo as versões de 100, 180 ou 250 módulos de grade (dimensões x e y) para simulação na versão 3.1. A versão 4.0 do programa não delimita o tamanho mínimo da grade para simulação, mas o tamanho máximo é de 210x210x36 unidades (dimensões x, y e z) para simulação. Por último, foi feita uma avaliação quantitativa acerca dos resultados obtidos com as medições in loco e as simulações computacionais, para confirmar a calibração do modelo, através de um tratamento estatístico utilizando como base o MSE (indicação de desvio médio de valores) e RMSE (medida de dispersão dos valores estimados em relação aos valores medidos), essas variáveis possibilitaram a confirmação e a confiabilidade dos resultados gerados entre os valores medidos e os valores simulados. A partir disso, foram analisados os resultados dos cenários hipotéticos das áreas em comparação com a situação atual, observando o efeito dos tipos de vegetação no ambiente térmico e na configuração urbana, chegando a conclusões que busquem trazer uma configuração urbana adequada para a região.
Para a confiabilidade dos resultados foram utilizados as seguintes equações:
Sendo:
Erro médio de estimativa (MBE): indica se o modelo está subestimando ou superestimando os dados observados; também chamado de erro sistemático ou viés (bias). Apresenta valores do erro na mesma dimensão da variável em análise.
Raiz quadrada do erro quadrático médio (RMSE): mensura os desvios não- sistemáticos (aleatórios). É comumente usada para expressar a acurácia dos resultados numéricos, com a vantagem de apresentar valores do erro na mesma dimensão da variável em análise
Estes parâmetros estatísticos servem para verificar a aderência do modelo de previsão (no caso, o resultado de simulação) à série medida. Ambos dependem da escala da variável em questão, sendo que quanto menor for o valor calculado dos parâmetros, melhor é a habilidade do modelo em fazer a previsão.
Eq 2