CNPQ - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Agosto de 2013
Relatório Final do Projeto de Pesquisa referente ao Processo nº 148467/2012-1 Efeito da densidade construída sobre o microclima urbano: elaboração de diferentes cenários paramétricos para a ocupação das quadras e modelagem para simulação computacional no software Envi-MET.
Bolsista: Angela Helena Yamaguishi Madeira Orientadora: Prof. Drª. Denise Helena Silva Duarte
SUMÁRIO
1.
Introdução .................................................................................................................. 4
2.
Objetivo ...................................................................................................................... 5
3.
Metodologia ............................................................................................................... 6
4.
Revisão Bibliográfica ................................................................................................. 7 4.1.
Conceito de Densidade........................................................................................ 7
4.1.1. Densidade Física........................................................................................... 7 4.1.2. Densidade Percebida .................................................................................... 9
5.
4.2.
Densidade e Morfologia Urbana ........................................................................ 11
4.3.
Microclima Urbano e Balanço Energético ......................................................... 12
4.4.
Urbanização e Alterações no Clima Urbano ..................................................... 13
Levantamento de Dados Secundários..................................................................... 14 5.1.
Estudos de Caso ................................................................................................ 15
5.1.1. Mumbai ........................................................................................................ 15 5.1.2. Nova York .................................................................................................... 17 5.1.3. CIdade do México ....................................................................................... 19 5.1.4. Londres........................................................................................................ 21 6.
Estudos no ENVI-met .............................................................................................. 23 6.1.
Áreas escolhidas .............................................................................................. 24
6.1.1. Bela Vista .................................................................................................... 24
6.1.2. Brasilândia ................................................................................................... 26 6.2.
Simulação .......................................................................................................... 28
6.3.
Resultados ......................................................................................................... 30
6.4.
Simulação de cenários paramétricos................................................................. 32
6.4.1. Tipologias .................................................................................................... 32 6.4.2. Resultados................................................................................................... 36 7.
Estudos Paramétricos .............................................................................................. 39 7.1.
Estudo Volumétrico ............................................................................................ 39
7.2.
Estudo Morfológico ............................................................................................ 43
7.3.
Agrupamento das Quadras ................................................................................ 45
7.4.
Seleção do Modelo Paramétrico........................................................................ 47
8.
Considerações Finais .............................................................................................. 50
9.
Bibliografia ............................................................................................................... 51
1. Introdução Tendo em vista a rápida urbanização ocorrida a partir de meados do século XX confrontando-se com a escassez de terras em áreas urbanas, a questão da densidade nas grandes cidades tornou-se recorrente nas políticas de planejamento urbano de todo mundo (CHENG, 2010). O crescimento populacional e as altas taxas de urbanização são temas relevantes para o discurso da sustentabilidade, pois com o crescimento das cidades há a diminuição dos espaços naturais que contribuem para o equilíbrio da biosfera, um aumento nos gastos com infraestrutura urbana, dos deslocamentos feitos por automóveis e, consequentemente, da poluição do ar destas cidades (ROAF, 2010). Neste trabalho tem-se como premissa que a necessidade de uma maior densidade de ocupação no século XXI é inevitável; a urbanização e a alta densidade de ocupação são irreversíveis e o modo de morar mais denso continuará a se desenvolver e em breve será a norma. No entanto, surge a necessidade de compreender como a questão da densidade de insere no contexto atual das grandes cidades e também como adensar com qualidade ambiental em cada contexto. Uma questão muito discutida atualmente é o efeito da urbanização no clima urbano. Dentre as razões para a alteração do mesmo está o armazenamento de calor, o aprisionamento de radiação, o aumento da rugosidade e menos evaporação, fenômenos que são vistos em qualquer cidade do mundo, em menor ou maior grau, mas
que
são
mais
(KATZSCHNER, 2010).
evidentes
em
megacidades
densamente
construídas
2. Objetivo
O objeto desta pesquisa é a relação entre densidade construída e microclimas urbanos. O objetivo é fazer um levantamento da densidade construída na cidade de São Paulo e, em função desses resultados, eleger uma área real a ser estudada na região central de São Paulo para modelagem e simulação computacional no software ENVI-met (BRUSE, 1998), um modelo microclimático para áreas urbanas. Este projeto dá continuidade ao primeiro ano de iniciação científica correspondente ao processo n° 149512/2011-2. Este trabalho se insere dentro de um projeto maior em andamento, dentro do Programa Nacional de Pós-Doutorado – PNPD/CAPES Processo nº 02556/09-0, intitulado “Edificação e desenho urbano com adensamento e qualidade ambiental: habitação de interesse social na recuperação de áreas urbanas degradadas”, que associa o Laboratório de Conforto Ambiental e Eficiência Energética da FAUUSP – LABAUT e o Laboratório de Habitação e Assentamentos Humanos – LabHab. O projeto maior tem como finalidade propor alternativas de arranjos espaciais urbanos para assentamentos humanos sustentáveis que promovam o adensamento com qualidade ambiental, esta entendida como habitabilidade da unidade, adequação climática, qualidade do ar, segurança, infraestrutura, conforto ambiental (térmico, acústico, luminoso, mobilidade e acessibilidade) e eficiência energética. Os parâmetros de qualidade ambiental serão aplicados tanto às edificações como aos espaços públicos.
5
3. Metodologia
Concomitantemente à revisão bibliográfica de temas como conceituação de densidade percebida, relações entre densidade construída e morfologia urbana, definição de balanço energético e alterações no clima urbano ocasionadas a partir da urbanização, foram levantados dados secundários relacionados às diferentes tipologias construtivas e arranjos de quadra, assim como valores de densidade populacional de algumas das cidades mais densas do mundo, dados obtidos através de consulta à bibliografia indicada e bancos de dados de instituições governamentais de cada cidade. Como continuação aos estudos microclimáticos iniciados durante º primeiro ano da pesquisa, foram selecionadas duas áreas da cidade de São Paulo para coletar dados através de medições de campo e simulações no software ENVI-met, possibilitando o ajuste do programa para o clima local e tornando-se assim possível a simulação de cenários hipotéticos. Nesse trabalho é feita a comparação de resultados da simulação de alguns cenários paramétricos de tipologias construtivas diferentes. Além disso, partindo de levantamentos realizados em conjunto com o projeto CAPES, foram feitos estudos que buscam compreender melhor quais níveis de conforto e qualidade ambiental são possíveis quando se propõe a implantação de tipologias construtivas simplificadas de alta densidade mais comumente encontradas na cidade de São Paulo.
4. Revisão Bibliográfica
4.1.
Conceito de Densidade
De acordo com Cheng (2010), o conceito de densidade pode ser dividido em dois tópicos: densidade física e densidade percebida. 4.1.1.
Densidade Física
A densidade física é aquela que representa a razão entre a concentração de indivíduos ou estruturas físicas em certa unidade geográfica. Ela é um indicador quantitativo e neutro do espaço, cuja aplicação só tem verdadeiro sentido quando faz referência a uma escala específica. Do contrário, a comparação de dados de densidade física se torna inviável ou até mesmo impossível. Não existe uma medida padrão de densidade, mas há, no entanto, algumas mais usuais que outras. No planejamento urbano, a densidade física pode ser dividida em duas categorias: densidade populacional e densidade de edifícios, onde a primeira é expressa como o número de pessoas por unidade de área, e a segunda como a relação de estruturas edificadas por unidade de área. Dentre os tipos de densidade populacional está a densidade regional, que expressa a relação entre população e área do terreno de uma região. Porém, o que se observa é que existem áreas nos municípios e estados que não podem ser habitadas por serem áreas de risco, por exemplo, e que se não entrassem nos cálculos, gerariam outro valor de densidade demográfica, outro parâmetro, mais próximo da realidade para se calcular a densidade urbana e não apenas demográfica de uma área urbanizada.
As densidades bruta e líquida estão relacionadas com os valores de densidade residencial. A medida da área residencial líquida no Reino Unido refere-se somente à área pertencente às propriedades residenciais, considerando-se os jardins e a metade da largura de ruas adjacentes, enquanto em Hong Kong e em alguns estados dos Estados Unidos, ela leva em consideração apenas a área na qual a residência se situa, excluindo parques, estradas e outras terras públicas; já a medida da densidade residencial bruta considera a área residencial como um todo, incluindo, além da área onde a residência se situa, espaços como parques, escolas, centros comunitários, entre outros. A variabilidade dos tipos de áreas incluídas faz com que a comparação das medidas de densidade residencial bruta seja difícil. A densidade de ocupação é a relação do número de pessoas por área de unidades de habitação individuais. Ela é uma medida importante para o projeto de serviços dos edifícios, pois consiste em um indicador para estimar diferentes necessidades. Além da densidade populacional, pode-se quantificar a densidade de edifícios, ou
densidade
construída,
que
pode
ser
representada
pelo
coeficiente
de
aproveitamento, que é a relação entre a área construída total de uma edificação e a área onde ela se situa. Outra forma de se medir a densidade construída é através da taxa de ocupação, que consiste na relação da área da projeção ortogonal de um edifício com a área na qual ele está inserido, expressa em porcentagem.
4.1.2.
Densidade Percebida
Densidade, no entanto, como é discutida por Cheng (2010), não se trata apensas de uma medida física, mas pode depender também da percepção individual de cada pessoa dos elementos que o cercam, formando-se assim a ideia de densidade percebida, esta estando intimamente ligada ao conforto humano. “[…] Perceived density can be seen as an environmental quality which corresponds to the rate of perceptual information one encounters in an environment. Therefore, it is not simply about the actual people or building densities; it is the intensity of sensory stimuli present in the environment that affect our perceived density.” (CHENG, 2010)
A vida nas grandes cidades nos dias de hoje proporciona aos indivíduos inúmeros estímulos sensoriais que exigem um grande esforço da capacidade de percepção de cada um para processá-los, gerando stress e o fenômeno denominado “crowding” (superlotação). No entanto, como citado, não é somente a densidade física que é levada em consideração para o cálculo da densidade percebida, mas a intensidade dos estímulos como um todo. Uma das conclusões de Cheng (2010) mostra que o fator de visão de céu1 e a abertura de espaço no nível do solo são os parâmetros que mais influem na densidade percebida, enquanto o coeficiente de aproveitamento e a taxa de ocupação, duas das 1
Fator de visão de céu é a medida de abertura de uma superfície: um fator de visão de céu de valor um significa uma visão desobstruída do céu; e um fator de visão de céu de valor zero significa uma visão completamente obstruída do céu. Fator de visão de céu é uma medida tridimensional que leva em consideração uma geometria de 90 graus verticais e 360 graus horizontais (CHENG, 2010).
formas mais utilizadas de se medir a densidade construída, têm pouca relação com a densidade percebida individualmente. Porém, a combinação desses dois parâmetros gera grande influência no fator de visão de céu (Figura 1). Portanto, eles afetam indiretamente a percepção da densidade. Esse estudo também aponta uma correlação mais fraca entre a percepção dos indivíduos da densidade e a densidade física de fato, o que é determinante para o planejamento urbano atual.
Figura 1. Doferentes fatores de visão de céu em São Paulo. Foto: Liao, Jennifer
Tendo em vista o sensível crescimento da população mundial dos últimos anos e o os frequentes debates sobre questões referentes à sustentabilidade e à cidade compacta, essa constatação faz com que o adensamento se torne uma alternativa desejável e necessária, uma vez que a sensação de desconforto, seja físico ou por percepção, proveniente da grande concentração de edifícios e pessoas possa ser equacionada através de uma política de planejamento e desenho urbanos apropriados.
4.2.
Densidade e Morfologia Urbana
Nos estudos conduzidos por Martin e March (1972), aborda-se o tema da morfologia urbana, o papel da rede de quadras, lotes e ruas na formação das cidades, o denominado “grid”, determinante para analisar a forma pela qual os edifícios são implantados e arranjados no terreno. Através do diagrama de Fresnel (Figura 2), são analisadas duas formas distintas de implantação de um edifício em um lote, porém com áreas equivalentes: a parte central, representando um padrão de ocupação tipo “torre” e o anel externo, representando um padrão do tipo “courtyard” ou pátio.
Figura 2. Diagrama de Fresnel Fonte: Martin; March, 1972
Essas duas morfologias possuem, no entanto, diferentes questões de acesso, de como o espaço livre pode ser distribuído e de como elas se comportam em relação ao conforto ambiental e à eficiência energética. Se feita a comparação dessas duas formas com o mesmo volume de edifício, mesma profundidade de planta e mesma área de implantação, verifica-se que a forma
“courtyard” necessita, com a mesma ocupação do solo, apenas um terço da altura necessária se comparada à forma do tipo “torre”. Variando-se as taxas de ocupação e coeficientes de aproveitamento, obtêm-se diferentes morfologias construtivas (CHENG, 2010). Certas formas, no entanto, podem resultar em um melhor aproveitamento do espaço urbano, assim como de sua infraestrutura.
4.3.
Microclima Urbano e Balanço Energético
De acordo com Brown e Gillespie (1995), microclima é a condição da radiação solar e terrestre, vento, temperatura do ar, umidade e precipitação em um pequeno espaço externo. O que nos interessa saber, no entanto, é como usar e modificar tais variantes das condições microclimáticas de forma que haja conforto humano nesses espaços externos. Um conceito importante abordado pelos autores é o de balanço energético. Um microclima pode ser analisado através de um balanço energético como forma de entender como os fluxos de energia podem ser modificados através do desenho da paisagem. Esse conceito pode ser aplicado tanto para análise de microclimas em espaços externos, para edifícios, quanto para a análise dos fluxos de energia do corpo humano.
4.4.
Urbanização e Alterações no Clima Urbano
O rápido processo de urbanização ocorrido nos últimos anos acompanhado do crescimento das cidades fez com que questões ambientais fossem tomadas à discussão a respeito de suas implicações no clima urbano. Entre os problemas gerados pode-se citar principalmente o fenômeno da “ilha de calor”, que pode ser definido como: “A “ilha de calor” refere-se ao fenômeno onde a temperatura em um ambiente urbano é sempre maior que nas áreas rurais adjacentes.” (KATZSCHNER, 2010, p.71) Esse fenômeno consiste na manifestação climática mais óbvia da urbanização e pode ser observada em diversos cenários urbanos. No entanto, em cidades de clima tropical, seus efeitos no clima urbano se tornam ainda piores. Além disso, outro problema a ser destacado é o da ventilação urbana, que está intimamente ligado à questão da dispersão de poluentes. Uma má ventilação urbana pode acarretar problemas de saúde pública em termos de stress térmico, este bastante ligado aos índices de mortalidade, e poluição. Como forma de analisar as condições climáticas de uma cidade, faz-se necessária uma abordagem na pequena escala, e para tal, pode-se adotar o PET, por exemplo, que é um dos índices que indica os níveis de conforto do pedestre.
5. Levantamento de Dados Secundários
Já se sabe que, em um contexto urbano, as variáveis: densidade populacional, densidade construída e tipologias construtivas não estão diretamente relacionadas (GUSSON; MADEIRA; DUARTE, 2012). Essa situação pode ser observada a partir da comparação dos dados levantados (BURDETT; SUDJIC, 2007), em que muitas das áreas urbanas mais densas do mundo possuem, apesar de por vezes valores aproximados de densidade populacional, formas bastante distintas de tipologias dos edifícios e arranjos de quadras. São essas diferenças que são importantes de serem notadas, uma vez que servem de base para possíveis estudos de como cada desenho urbano em situação de alta densidade populacional pode se traduzir em termos de conforto humano e qualidade ambiental. Pensando nisso, foram levantadas as seguintes áreas como estudo de caso:
5.1.
Estudos de Caso
5.1.1. Mumbai
Considerada uma das maiores cidades da Índia, Mumbai abriga algumas das áreas mais densas do mundo. Entre elas, a de Kamathipura, situada na porção sul da cidade. Enquanto a densidade populacional média de Mumbai corresponde a 2531,6 hab/ha, em Kamathipura o valor atinge 12131,2 hab/ha (BURDETT;SUDJIC, 2007).
Figura 3 Distrito de Kamathipura Fonte: diponível em: <http://betacity.files.wordpress.com/2011/07/kamathipura-mudboy.jpg>. Acesso em Fevereiro, 2012
Sua tipologia construtiva consiste na mistura de estruturas tradicionais térreas, edifícios de apartamentos e torres de escritório. É conhecido como um “red light district” e recentemente existe um crescente interesse em substituir construções horizontais por grandes edifícios. Em relação ao arranjo de quadras (Figura 4), notam-se lotes de tamanho irregular e taxa de ocupação do terreno elevada.
Figura 4. Arranjo de quadra de Kamathipura Fonte: BURDETT; SUDJIC, 2007
5.1.2. Nova York
Dentre as cidades dos Estados Unidos da América, Nova York é uma das maiores e mais densas, com densidade populacional média de 927,2 hab/ha, atingindo seu máximo no distrito de Upper East Side, com 5853,0 hab/ha.
Figura 5. Distrito de Upper East Side Fonte: Disponível em: <http://www.nycondoblog.com/category/the-laurelcondominiums-400-east-67th-street>. Acesso em Fevereiro, 2012
Como tipologias construtivas, predominam edifícios residenciais muito altos, alguns possuindo até 40 andares, assim como residências características do final do século XIX e edifícios de apartamentos de até 10 andares típicos de meados do século
XX. Apesar de tipologias diversas coexistirem na mesma área, a paisagem no nível do pedestre apresenta-se limpa e coesa (BURDETT; SUDJIC, 2007). O arranjo de quadras desse distrito é marcadamente retilíneo, com quadras de tamanho regular, lotes divididos de forma igual e construções que ocupam a porção mais externa do terreno, gerando assim um espaço vazio interno à quadra e um tipo de ocupação tipicamente perimetral.
Figura 6. Arranjo de quadra de Upper East Side Fonte: BURDETT; SUDJIC, 2007
5.1.3. CIdade do México
A Cidade do México é uma cidade localizada em um vale, cujo valor de densidade populacional é de 578,6 hab/ha sendo que seu distrito mais denso é o de Molino de Santo Domingo, com 4908,8 hab/ha. A tipologia construtiva predominante dessa área é a de edifícios de um a dois andares, que resultam em uma densidade residencial elevada devido à falta de espaços livres e tamanho reduzido das unidades de habitação.
Figura 7. Cidade do México Fonte: Disponível em: <www.destination360.com>. Acesso em Fevereiro, 2013
Por ser uma cidade de vale, as ruas correm na direção perpendicular ao pé da montanha, as quadras são em sua maioria retangulares, com ocupação quase total do terreno pelas edificações.
Figura 8. Arranjo de quadra de Molino de Santo Domingo Fonte: BURDETT; SUDJIC, 2007
5.1.4. Londres
Londres é uma cidade cujos valores de densidade populacional não são muito elevados quando comparados aos exemplos já citados, apresentando um valor médio de 449,7 hab/ha e valor máximo no distrito de Notting Hill, de 1732,4 hab/ha.
Figura 9. Distrito de Notting Hill Fonte: Disponível em: < en.wikipedia.org>. Acesso em Fevereiro, 2013
Possui, no entanto, uma formação tipológica das edificações característica de edifícios de cinco a dez andares que em uma quadra, formam um espaço livre interno. Nesse caso, os espaços livres são notadamente mais proeminentes, possuindo acesso muitas vezes através de corredores de pedestres.
Figura 10. Arranjo de quadra de Notting Hill Fonte: BURDETT; SUDJIC, 2007
6. Estudos no ENVI-met2
Dando continuidade aos estudos de simulação microclimática no software ENVImet (MADEIRA, 2012), foi feita a seleção e levantamento de duas áreas da cidade de São Paulo. A primeira delas é situada no distrito da Bela Vista e foi também utilizada como estudo de caso pelo projeto PNPD/CAPES Processo nº 02556/09-0, o qual este trabalho se insere; já a segunda é localizada no distrito de Brasilândia e em comparação com a primeira, possui um valor de densidade construída inferior. Dessa forma, pode-se observar a forma pela qual o programa simula cenários urbanos de características construtivas distintas. Por outro lado, as duas áreas têm densidade populacional bastante próximas. O objetivo de elencar tais áreas é o de ajustar o software, este feito originalmente para simulação de regiões de clima temperado, para o clima local. Uma vez ajustado, podem ser realizados então estudos hipotéticos de como as variáveis do microclima urbano variam em diferentes situações. Esse tópico é apresentado mais à frente com uma série de estudos paramétricos.
2
ENVI-met é um modelo computacional tridimensional que combina cálculo de parâmetros da dinâmica de fluidos (como fluxo de ventos ou turbulência) com processos termodinâmicos ocorridos na superfície do solo, em paredes de edifícios e na vegetação para simulação de interações em ambientes urbanos. Indicado para estudos nas áreas de climatologia urbana, arquitetura, planejamento ambiental e urbano (fulano, 20XX).
6.1. Áreas escolhidas 6.1.1. Bela Vista
Bela Vista é um distrito central da cidade de São Paulo, possui um valor relativamente alto de densidade populacional, correspondente a aproximadamente 279 hab/ha (IBGE, 2010). Sua densidade construída, ou coeficiente de aproveitamento é de 3,6 e sua tipologia construtiva predominante é residencial vertical de médio padrão (Figura 11) (SMDU, 2009).
Figura 11. Área da Bela Vista Fonte: Google Earth, 2012
Figura 12. Modelo 3D da Bela Vista
Figura 13. Perspectiva da Bela Vista
6.1.2. Brasilândia
Brasilândia é um distrito periférico da cidade de São Paulo. Possui densidade populacional de aproximadamente 241 hab/ha (IBGE, 2010), valor similar ao distrito de Bela Vista. No entanto, seu valor de densidade construída é um dos menores entre os demais distritos da cidade, correspondendo a um coeficiente de aproveitamento de apenas 0,43 (SMDU, 2009). Sua tipologia construtiva predominante é residencial horizontal de baixo padrão.
Figura 14. Área da Brasilândia Fonte: Google Earth, 2013
Figura 15. Modelo 3D da Brasil창ndia
Figura 16. Perspectiva da Brasil창ndia
6.2.
Simulação
Para que as simulações fossem realizadas com maior fidelidade às condições microclimáticas da área de estudo, seriam necessários dados empíricos. Por isso, antes que o modelo de simulação fosse criado, medições de campo simultâneas nas duas áreas foram realizadas utilizando estações meteorológicas Campbell, do parque de equipamentos do LABAUT. Os dados coletados correspondem às seguintes variáveis microclimáticas: a temperatura do ar (Ta, em °C), a umidade do ar (UR, em %), a velocidade do vento (V.V, em m/s), sua direção (em graus a partir do Norte verdadeiro), a temperatura de globo (Tg, em °C) para o cálculo da temperatura radiante média (Trm, em °C), complementados por medições de variáveis de interesse para outros trabalhos do grupo, como o nível de pressão sonora equivalente contínuo – (LAeq, em dB(A)) e a iluminância (E, em lux).
Figura 17. Estação meteorológi Fonte: GUSSON, 2013
Figura 18. Área da Bela Vista modelada no ENVI-met Fonte: GUSSON, 2013
Figura 19. Área da Brasilândia modelada no ENVI-met Fonte: GUSSON, 2013
6.3.
Resultados
Durante as medições foram coletados dados de temperatura do ar tanto da Bela Vista quanto de Brasilândia, mas quando foi feita a simulação optou-se por inserir no software um valor médio inicial de temperatura do ar para ambas as áreas e analisar, então, se o resultado iria corresponder àquilo observado em campo. Pelo que foi medido, a temperatura do ar da Bela Vista é inferior à da Brasilândia na maior parte do tempo; no entanto, o resultado da simulação foi um pouco diferente (Figura 20). É importante observar que devido à complexidade das formas construtivas da área da Brasilândia e a limitação geométrica do próprio software em interpretá-las, a primeira simulação não pôde ser concluída e precisa ser refinada.
Figura 20. Dados medidos e simulados na Bela Vista e na Brasilândia Fonte: Gusson, 2013
No entanto, observando-se os resultados individualmente, para ambos os casos a curva segue as mesmas variações (Figura 21).
Figura 21. Resultado individuais das duas áreas estudadas. Fonte: GUSSON, 2013
6.4.
Simulação de cenários paramétricos
Após a simulação dos cenários reais de São Paulo, foram realizadas algumas simulações paramétricas cujo objetivo era o de analisar como varia a temperatura do ar em um conjunto de nove quadras genéricas, com três diferentes tipologias construtivas: a torre, o bloco perimetral e o edifício lâmina (GUSSON, 2013). Nos três casos simulados foram empregados valores aproximados de densidade populacional e volume construído.
6.4.1. Tipologias
1) Torres:
Quantidade: 9 torres por ha (quadra de 100m x 100m) Altura: 14 andares (térreo +13) Unidades habitacionais: 4 por andar de 58m2 cada. Densidade populacional: 1638 hab/ha Volume
construído: 105.921 m3/ha
Implantação
Planta-tipo
2) Bloco Perimetral:
Quantidade: 1 bloco (quadra de 100m x 100m) Altura: 8 andares (térreo +7) Unidades habitacionais: 64 por andar e 12 no térreo, de 58m2 cada Densidade populacional: 1568 hab/ha Volume construído : 108.000 m3/ha
Implantação
Planta-Tipo
3) Edifício-Lâmina:
Quantidade: 9 edifícios por ha (quadra de 100m x 100m) Altura: 9 andares (térreo +8) Unidades habitacionais: 6 apto por andar, de 58m2 cada Densidade populacional: 1512 hab/ha Volume
construído : 111.245 m3/ha
OBS: simulação de 2 orientações diferentes (N-S) e (L-O)
Implantação
Planta-Tipo
6.4.2. Resultados
Para o mesmo dia e horário nas três diferentes situações, a temperatura do ar varia em até três graus Celsius, e nota-se uma grande relação entre a mesma e a direção do vento. Pode-se perceber que na tipologia de torres (Figura 22), a temperatura diminuiu de forma homogênea e gradual; já, no bloco perimetral (Figura 23) é interessante destacar a temperatura quase igual em sua parte interna em todos as quadras; com os edifícios na forma de lâminas (Figuras 24 e 25), vê-se o quanto a orientação influi na forma pela qual o vento se distribui, gerando maior ou menor perda de calor por conveção Os resultados podem ser visualizados através do aplicativo Leonardo3, do próprio ENVI-met.
3
Leonardo é um aplicativo que importa arquivos EDI e EDT do programa ENVI-met, separa os dados do programa em mapas (camadas) e possibilita a visualização bidimensional das superfícies, tridimensional da atmosfera e solo e em vistas e cortes. .
Figura 22. Temperatura do ar na tipologia torre Fonte: GUSSON, 2013
Figura 23. Temperatura do ar na tipologia bloco perimetral Fonte: GUSSON, 2013
Figura 24. Temperatura do ar na tipologia l창mina (a) Fonte: GUSSON, 2013
Figura 25. Temperatura do ar na tipologia l창mina (b) Fonte: GUSSON, 2013
7.
Estudos Paramétricos
Dando continuidade à pesquisa junto ao projeto PNPD/CAPES Processo nº 02556/09-0, em que foram escolhidas duas áreas de interesse na cidade de São Paulo, uma na República e uma na Bela Vista, para esta última deu-se inicio uma série de estudos paramétricos com o intuito de elaborar cenários que reproduzissem as principais características tipológicas da área tais como recuos, forma e altura dos edifícios predominantes, taxa de ocupação e coeficiente de aproveitamento.
7.1.
Estudo Volumétrico
De início, com base no modelo 3D da morfologia existente elaborado anteriormente, calculou-se, com o auxílio do Autocad 20134 a área ocupada pelos lotes (ou seja, a área da quadra, descontando-se a área ocupada pela calçada). A seguir, calculou-se o volume construído existente na área de estudo. O mesmo procedimento foi feito para se obter os valores da taxa de ocupação (T.O) e do coeficiente de aproveitamento (C.A).
4
AutoCAD 2013 StudentVersion, da Autodesk. Mais informações no link:
http://usa.autodesk.com/autocad/
Tabela 1 – Dados Gerais
Área loteável volume construído t.o c.a área construída
EXISTENTE PARAMÉTRICO 21719,95 10000 349245,136 30% 5,3
160794,6317 37,5 5,3 3750
Para o modelo paramétrico, adotou-se uma quadra com área loteável de 100m x 100m (10.000m²) acrescentando-se 2m de calçada para cada lado. O volume construído foi obtido através de uma proporção entre área e volume da morfologia existente, sendo:
Portanto, temos que:
Com base na análise das tipologias edificadas existentes, 2 tipos de edifícios foram adotados como padrões: BLOCO 1:
Dimensões em planta: 25m X 24m
Altura: 15 pavimentos (incluído o térreo)
Volume de um bloco: 18.900m³
Frequência: 66%
BLOCO 2:
Dimensões em planta: 15m X 30m
Altura: 14 pavimentos incluindo o térreo
Volume de um bloco: 27.000m³
Frequência: 34%
Para se obter o número de edifícios que se implantaria por quadra, inicialmente, montou-se uma tabela, comparando-se os volumes. Como a freqüência (número de ocorrências) do Bloco 1 é muito maior, sua quantidade foi adotada como ponto de partida. Assim, conforme a tabela, se houvesse 1 unidade do Bloco 1, teríamos 27.000 m³ de volume ocupado. Entretanto, como a meta era ocupar 160.794,63 m³, o volume preenchido pelo Bloco 2 seria de:
Se 1 unidade do Bloco 2 apresenta 18 900 m³, temos que:
Assim, mantendo-se constante o volume total da quadra, para 1 Bloco 1, precisamos de 7 Blocos 2.
Dessa maneira, obtiveram-se os seguintes resultados:
Para 1 unidade de Bloco 1, precisamos de 7 unidades do Bloco 2.
Para 2 unidade de Bloco 1, precisamos de 6 unidades do Bloco 2.
Para 3 unidade de Bloco 1, precisamos de 4 unidades do Bloco 2.
Para 4 unidade de Bloco 1, precisamos de 3 unidades do Bloco 2.
Para 5 unidade de Bloco 1, precisamos de 1 unidades do Bloco 2.
Para 6 unidade de Bloco 1, precisamos de 0 unidades do Bloco 2.
Conforme a memória de cálculo abaixo: Tabela 2 – Cálculo CÁLCULO DA QUANTIDADE DE EDIFÍCIOS EXIGIDOS BLOCO 1 BLOCO 2 volume quantidade volume quantidade necessário 1 27000 133794,63 7,079080952 2 54000 106794,63 5,650509524 3 81000 79794,63 4,221938095 4 108000 52794,63 2,793366667 5 135000 25794,63 1,364795238 6 162000
7 6 4 3 1
Por fim, considerando-se a frequência em que cada tipologia repete-se na quadra de estudo, a relação que melhor atendeu a esse parâmetro foi a de 4 unidades do Bloco 1 para 3 unidades do Bloco 2.
7.2.
Estudo Morfológico
Observando-se a morfologia existente, percebe-se o predomínio de duas dimensões de recuos frontais: de 10m e de 6m. A princípio adotou-se 6m de para dois lados opostos da quadra e 10m para os outros dois. O recuo lateral estabelecido foi de 7m. O primeiro modelo é ilustrado pela imagem abaixo:
Figura 26. Estudo do modelo paramétrico
Como critério, procurou-se manter sempre os recuos laterais e frontais, o que inevitavelmente criou vazios no lote. A partir desse modelo, através do deslocamento e rotação de uma ou duas peças por vez, criaram-se os demais exemplos. Destacam-se três tipos de vazios criados:
1.
Edifícios formando um U em torno de uma praça que ocupa o meio do lote e um
lote central a um dos lados da quadra.
Figura 27. Estudo do modelo paramétrico
2.
A criação de dois vazios na quadra: um no centro do lote e outro em uma das
esquinas
Figura 28. Estudo modelo paramétrico
3.
A criação de dois vazios no centro de dois lados do lote, separados por um
edifício localizado ao centro (nesse caso, houve uma flexibilidade no recuo frontal, possibilitando que um dos edifícios ocupasse o centro do lote).
Figura 29. Estudo do modelo paramétrico
7.3.
Agrupamento das Quadras
Uma vez desenvolvidas as quadras paramétricas, partiu-se para o estudo das tipologias em conjunto, aglomerando-se nove quadras idênticas, para analisar quais as possíveis qualidades ambientais de cada arranjo, como por exemplo, a questão da iluminação natural e ventilação. Para a dimensão da via, adotou-se 10m, considerando-se uma rua típica de bairro, com duas mãos e duas filas de carros estacionados. Essa situação foi observada no cenário existente da área de estudo. Iniciou-se o ensaio por uma quadra com dois vazios, um no meio da quadra e outro na esquina, pois a rotação desse modelo permite criar um percurso
variado no nível do pedestre, além de possibilitar a criação de áreas livres de dimensões variadas ao logo das ruas.
Figura 30. Estudo do arranjo de quadras
O segundo ensaio foi mais simples, através da reprodução idêntica e com a mesma orientação de uma quadra com edifícios que formam um U ao redor da uma praça central:
Figura 31. Arranjo de quadras
7.4.
Seleção do Modelo Paramétrico
Dentre as morfologias estudadas, de início foi selecionado o arranjo que teria características morfológicas mais próximas ao existente na área de estudo. O arranjo de quadras em que tinha edifícios formando um U em torno de uma praça que ocupa o meio do lote e um lote central a um dos lados da quadra, foram os mais próximos do caso real, conforme figura 17:
Figura 32. Modelos pré-selecionados
Nem todas as cinco quadras deste arranjo apresentavam semelhança com o existente. A partir daí, foram elencadas características que não estariam presentes em uma quadra real da área de estudo, tais como:
Espaços residuais nas bordas;
Edifícios lâmina com a maior face voltada para a rua;
Recuos muito próximos entre os edifícios. Após
a
eliminação
das
quadras
que
apresentavam
essas
características, foi selecionada a quadra que mais apresentava semelhança com a área de estudo existente, conforme segue:
Figura 33. Modelo paramétrico escolhido
A partir daí, foi montado um arranjo de quadras para ser o modelo paramétrico do trabalho para a área da Bela Vista, demonstrado na imagem abaixo.
Figura 34. Arranjo final de quadras
Assim, dando continuidade ao trabalho, será possível fazer as primeiras avaliações do microclima urbano e do conforto ambiental nos espaços externos, e a proposição de melhorias quanto à implantação dos edifícios nesta região da cidade, sem que haja, a princípio, uma drástica alteração tipológica.
8.
Considerações Finais
Ao observar os resultados das simulações dos cenários paramétricos no software ENVI-met, viu-se que a temperatura do ar variou de um a três graus Celsius em cada modelo, concentrando sempre a mais elevada nas bordas, diminuindo à medida que o ar entra em contato com as superfícies dos edifícios, ou também pelo efeito do sombreamento dos mesmos. Como tal resultado é diferente do esperado, uma vez que na maioria das simulações realizadas anteriormente a temperatura do ar é mais elevada na região mais central do conjunto de quadras e não na periférica, é preciso que sejam conduzidos mais alguns estudos para que seja certificada a validade de tais observações, como por exemplo, inserir valores diferentes de temperatura do ar inicial ou radiação no software ou testar se o resultado seria diferente ao se introduzir “nesting grids” na configuração do modelo de simulação.
9.
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