VEGETAÇÃO, PAVIMENTOS URBANOS E SUAS IMPLICAÇÕES NA
SENSAÇÃO TÉRMICA DOS PEDESTRES
I. J. A. Callejas, P. C. C. Nince, L. C. Durante, M. C. J. A. Nogueira
RESUMO
A substituição de áreas vegetadas por edificadas e o revestimento do solo por materiais
impermeáveis resultam em alterações dos microclimas e da sensação térmica no meio
ambiente urbano. Diante deste cenário, este trabalho objetivou avaliar a sensação térmica
de pedestres, a céu aberto e sob a sombra da copa de unidade arbórea, tendo sido
analisadas superfícies vegetadas e impermeabilizadas. Realizaram-se medições das
variáveis micrometeorológicas e utilizou-se o Índice da Temperatura Fisiológica
Equivalente (PET) para avaliação da sensação térmica. O índice PET nas superfícies
gramada e pavimentada atingiu valores superiores a 42˚C, sendo que durante o período
diurno, a sensação observada esteve compreendida entre “ligeiramente quente” a “muito
quente”. No ambiente sombreado, foram inferiores a 32˚C, com sensação compreendia
entre “ligeiramente quente” a “quente”. Os resultados evidenciam a importância do
planejamento dos espaços urbanos para pedestres e a necessidade da existência de espécies
arbóreas para sombreamento.
1 INTRODUÇÃO
Vários estudos tem demonstrado que a geometria das edificações e o revestimentos das
superficies exercem forte influência no clima urbano e, consequentemente, no conforto
térmico das pessoas. Nos ambientes ao ar livre, fatores como temperatura e umidade do ar,
velocidade do vento e a radiação solar interferem diretamente na avaliação do conforto
térmico dos pedestres, alterando a percepção, a preferência e satisfação térmica das pessoas
(Lin et al., 2010a).
O ambiente urbano a céu aberto é afetado pelas áreas construídas, calor antropogênico,
evapotranspiração das plantas, sombreamento produzido pelas árvores e objetos artificiais
produzidos pelo homem, bem como pelos materiais utilizados na cobertura do solo, tais
como grama, concreto e asfalto, dentre outros. Assim, os pavimentos urbanos são
importantes elementos que afetam o desempenho térmico dos ambientes a céu aberto, pois
absorvem radiação solar (onda curta) e infravermelha (onda longa), dissipando parte da
energia acumulada através de processos radiativos e convectivos à atmosfera, através da
elevação de temperatura superficial, a taxas que são dependententes de suas propriedades
térmicas. Com relação a estas propriedades, o albedo das superfícies é um dos principais
parâmetros que afeta as condições ambientais do meio urbano. Pavimentos com baixo
albedo refletem menor quantidade de radiação solar causando elevação da temperatura do
ar e desconforto térmico para os pedestres. Desta forma, pavimentos ou superficies
cobertas por diferentes tipos de materiais irão apresentar comportamento diferenciado
quanto à sensação de conforto térmico em virtude das diferentes propriedades térmicas
apresentadas por estes materiais (Lin et al., 2010b).
A avaliação da sensação de térmica pode ser feita a partir de vários índices, como o Voto
Médio Previsto (PMV), proposto por Fanger (1972), Temperatura Efetiva (ET*) e
Temperatura Efetiva Padrão (SET*) por Gagge et al. (1986) e a Temperatura Fisiologica
Equivalente (PET) por Hoppe (1999), todos eles tendo como base o equilíbrio de energia
do corpo humano. Os dois primeiros são utilizados para avaliar a sensação em ambientes
internos, enquanto os dois últimos, ambientes externos. Alguns estudos apontam que a
temperatura radiante média e velocidade do vento desempenham papel mais importante na
sensação de conforto térmico do que a temperatura do ar, em ambientes ao ar livre,
principalmente em condições de céu ensolarado (Xi et al., 2012). Desta forma, a avaliação
destes parâmetros é de fundamental importância quando da avaliação da sensação de
térmica em ambientes a céu aberto.
O PET foi introduzido por Höppe (1999), e baseia-se na equação de balanço térmico do
corpo humano em condições de estabilidade. Seu valor é igual ao da temperatura do ar de
um ambiente interno de referência no qual a temperatura interna corporal e a da pele são
iguais àquelas sob as condições do ambiente considerado. No ambiente de referência estão
estabelecidos os seguintes parâmetros: atividade moderada (80 W), resistência da roupa
(0,9 clo), velocidade do ar (0,1 m/s), temperatura radiante média igual à temperatura do ar
e pressão de vapor de 12 hPa, correspondente aproximadamente a 50% de umidade relativa
à 20ºC. Segundo Matzarakis et al. (1999), em comparação com outros índices térmicos que
também são obtidos a partir do balanço energético humano, tal como o Voto Médio
Previsto (VMP), o PET tem a vantagem de ser traduzido na unidade de graus Celsius,
amplamente conhecida, o que torna mais compreensível seus resultados para, por exemplo,
os planejadores urbanos, os quais não possuem familiariedade com a terminologia dos
parâmetros biometeorológicos.
O índice PET pode ser estimado através do uso do software Rayman visto que este tem
sido utilizado em áreas urbana construídas com sombreamento de padrões complexos para
gerar previsões precisas de ambientes térmicos (Matzarakis et al. 1999). Dentre os fatores
necessários para calcular PET no modelo de Rayman cita-se a temperatura do ar (Tbs),
umidade relativa (UR), velocidade do vento (v), vestuário e atividade humana, a
temperatura média radiante (Trm), sendo esta o fator mais importante no cálculo de PET,
podendo ser estimado através da temperatura de globo. Os limites do PET são expressos na
Tabela 1.
TABELA 1 Percepção térmica e stress fisiológico.
PMV
< -3,5
-3,5 a -2,5
-2,5 a -1,5
-1,5 a -0,5
-0,5 a 0,5
0,5 a 1,5
1,5 a 2,5
2,5 a 3,5
PET (˚C)
<4
4a8
8 a 13
13 a 18
18 a 23
23 a 29
29 a 35
35 a 41
Percepção Térmica
Muito Frio
Muito Frio a Frio
Frio a Ligeiramente frio
Ligeiramente frio a Confortável
Confortável
Confortável a Ligeiramente quente
Ligeiramente quente a Quente
Quente a Muito Quente
Grade de Stress Fisiológico
Extremo stress ao frio
Extremo stress ao frio a Forte stress ao frio
Forte stress ao frio a Moderado stress ao frio
Moderado stress ao frio a Ligeiro stress ao frio
Nenhum stress térmico
Nenhum stress térmico a Ligeiro stress ao calor
Ligeiro stress ao calor a Moderado stress ao calor
Forte stress ao calor a Extremo stress ao calor
Fonte: Matzarakis et al. (1999)
A avaliação da sensação térmica em ambientes urbanos externos é complexa, tendo em
vista a heterogeneidade dos ambientes ao ar livre e se faz necessária para fornecimento de
parâmetros, com vistas ao planejamento urbano, no sentido de subsidiá-los no que se refere
às questões de conforto térmico. Nesse sentido, este trabalho objetivou avaliar as condições
de sensação térmica em espaços urbanos a céu aberto impermeabilizados por concreto e
asfalto e com cobertura de grama da espécie Batatais (Paspalum notatun) e, ainda, sob
sombra de unidade arbórea da espécie Mangueira (Mangifera indica).
2 MATERIAIS E MÉTODO
2.1 Local da pesquisa
A pesquisa foi desenvolvida no ambiente urbano da cidade de Cuiabá, localizada na porção
Centro-Sul do Estado Mato Grosso, no limite ocidental dos domínios do Cerrado e
próximo à borda leste do Pantanal Mato-grossense. Atualmente, conta com cerca de
551.310 habitantes (IBGE, 2011) e possui cerca de 3.538,17 km2, sendo que 254,57 km2
correspondem à área de macrozona urbana e 3.283,60 km2 à área rural. Encontra-se
localizada na província geomorfológica denominada Baixada Cuiabana. As altitudes
variam de 146 a 259 metros (IPDU, 2009). A cobertura vegetal é constituída por
remanescentes de cerrado, cerradão, matas ciliares no entorno dos rios, e por vegetação
exótica (Figura 1).
Fig. 1 Localização da região do estudo
O clima dominante é do tipo tropical semi-úmido (classificação Aw de Köppen), sendo a
sua principal característica a presença constante de temperaturas elevadas, registrando
média anual em torno de 25º a 26ºC, com duas estações bem definidas: uma seca (outonoinverno) e uma chuvosa (primavera-verão) (Maitelli, 1994). O índice pluviométrico anual
varia de 1250 a 1500 mm (Campelo Junior et al., 1991). Para Duarte (2000), o clima da
região é definido por três períodos: uma estação seca e mais fresca no inverno; uma
estação de transição seca e mais quente, um pouco antes das chuvas e, uma estação úmida
e quente, durante as chuvas do verão.
A área urbana selecionada para estudo se localiza no campus da Universidade Federal de
Mato Grosso (UFMT), que possui 74 hectares, sendo caracterizado por um ambiente
heterogêneo, com diferentes tipos de uso e ocupação do solo. Para a pesquisa foram
selecionados quatro pontos de interesse: (a) ambiente à sombra de vegetação arbórea
Mangueira (Mangifera indica), (b) ambiente a céu aberto com solo coberto por grama do
tipo Batatais (Paspalum notatun) localizado no campo de futebol, (c) ambiente a céu
aberto das quadras poliesportivas com predominância de solo pavimentado por concreto e
(d) estacionamento do parque aquático com predominância de pavimento asfáltico (Figura
2). Estes pontos foram escolhidos com intuito de avaliar o comportamento destas
superfícies e pavimentos sob o ponto de vista da sensação térmica para os pedestres do
campus.
(a)
(c)
Estação Meteorológica
(b)
N
(d)
Av. Fernando Correa da Costa
Fig. 2 Planta do campus Cuiabá da UFMT
2.2 Materiais
As variáveis para avaliação da sensação de conforto térmico foram obtidas por meio de
medição nos locais de pesquisa. A temperatura e umidade do ar foram medidas por
registrador automático, marca HOBO, modelo U13, disposto no interior de abrigo
meteorológico a 1,5m de altura em relação ao nível do solo. No canal externo do
registrador foi monitorada a temperatura de globo utilizando-se uma esfera de plástico de
2,5” de diâmetro (Souza et al., 2002), fixada em suporte na parte superior do abrigo a 1,7m
de altura em relação ao nível do solo (Figura 3). A velocidade do ar no período de coleta
foi obtida em estação meteorológica instalada junto ao setor da segurança da UFMT. A
coleta foi de 19 de fevereiro a 19 de março de 2012, período este representativo da estação
climática quente-úmida conforme definido por Duarte (2000).
(a)
(b)
(c)
(d)
Fig. 3 Abrigos meteorológicos instalados sob a copa de Mangueira (Mangifera indica)
(a), sobre a superfície gramada (Batatais - Paspalum notatun) no campo de futebol
(b), sobre o pavimento de concreto nas quadras poliesportivas (c) e sobre o pavimento
asfáltico no estacionamento do parque aquático
2.3 Método
A sensação de conforto térmico foi avaliada pelo índice PET, utilizando-se o software
RayMan 1.2, desenvolvido por Matzarakis et al (2011), cujos dados de entrada foram as
coordenadas geográficas e altitude de cada ponto de coleta, umidade relativa do ar (UR),
temperatura do ar (Tbs), velocidade do vento (v) e temperatura radiante calculada (Trm)
conforme Souza et al. (2002). Para as características físicas das pessoas, adotaram-se as
compatíveis com as dos alunos universitários, a saber: altura de 1,75m, peso de 75kg,
vestimenta de 0,5clo, sexo masculino e atividade de caminhada lenta com taxa metabólica
de 110W.
O teste não paramétrico de Kruskal-Wallis foi utilizado com a finalidade de comparar
estatisticamente os resultados encontrados nas observações realizadas.
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A temperatura do ar (Tbs) sob a copa da Mangueira e no ambiente com solo revestido pela
grama, durante o periodo diurno, permaneceu menor do que nas superficies a céu aberto,
revestidas por concreto e asfalto (Figura 4a). Este comportamento encontra justificativa no
valor do albedo da superfície gramada que varia entre 0,17-0,22, enquanto nos pavimentos
de concreto e asfalto, entre 0,12-0,27 e 0,08-0,14, respectivamente (Taha et al., 1992).
Como o albedo da supefície gramada é maior que nas superfícies asfaltadas e concretadas,
menor é o saldo de energia armazenado naquele ambiente do que nos pavimentos
artificiais, o que provavelmente contribuiu para a elevação de temperatura do ar nesses
locais.
As menores médias da temperatura mínima do ar foram observadas na superfície gramada
e sob a copa da Mangueira, enquanto as maiores foram observadas nos pavimentos
cobertos por concreto e asfalto. Comportamento inverso foi verificado para a média da
temperatura máxima do ar, ou seja, as maiores médias foram observadas no pavimento de
concreto e asfalto, enquanto as menores, sob a copa da Mangueira e superfície gramada
(Tabela 2). O comportamento observado era esperado visto que a temperatura do ar é
função das trocas turbulentas que acontecem entre a superfície e o ar, sendo, portanto,
diretamente proporcional à temperatura superficial dos materiais com o qual o ar está em
contato. As menores amplitudes médias da temperatura do ar foram observadas sob a copa
da Mangueira, enquanto as maiores, sobre as superficies pavimentadas de concreto e
asfalto. Na superfície gramada, observou-se comportamento intermediário. As maiores
médias diárias foram observadas no pavimento de asfalto, concreto, sobre a superfície
gramada e sob a copa da Mangueira, com valores de 28,2, 28,1, 27,2 e 27,0 oC,
respectivamente. O comportamento observado indica que sobreamento arbóreo foi capaz
de reduzir a temperatura do ar quando comparado com as demais superfícies pesquisadas.
Sob a copa da Mangueira e sobre a superfície gramada, a umidade relativa do ar se
manteve superior a dos pavimentos de concreto e asfalto (Figura 4b). Este comportamento
está relacionado à menor temperatura do ar observada nestes ambientes e, provavelmente,
à permeabilidade dos materiais e ao fenômeno de evapotranspiração não avaliados neste
trabalho. Enquanto o concreto e asfalto são materiais que impermeabilizam a superfície,
reduzindo a evaporação da água do solo nesses ambientes, a superfície gramada por ser
permeável, permite a evaporação nos mesmos. Além do mais, tanto no ambiente com solo
gramado a céu aberto quanto no solo nú sob a sombra da Mangueira, apresentaram
influência do fenômeno da transpiração das folhas, o que pode ter favorecido a elevação da
umidade relativa do ar nesses locais. Este comportamento justifica o fato das médias da
umidade relativa do ar mínima terem sido maiores na superficie gramada e sob a copa da
Mangueira, enquanto que as menores foram observadas nas superficies impermeabilizadas
(pavimento de concreto e asfalto). Comportamento semelhante foi observado nas médias
da umidade relativa do ar máximas, ou seja, maiores médias nas superfícies vegetadas e
menores nas superfícies impermeabilizadas. O máximo valor observado na superfície
gramada se deve ao fato desta superfície ter sido irrigada durante o período de coleta de
dados. As maiores amplitudes foram observadas nas superfícies pavimentadas por concreto
e asfalto, e as menores, sob a copa da Mangueira e na superfície gramada, comportamento
este atribuido ao fenômeno de evapotranspiração discutido anteriormente. As maiores
médias diárias foram observadas na superfície gramada, sob a copa da Mangueira e nos
pavimentos de asfalto e concreto, com valores de 78,2, 75,9, 73,6 e 71,0%,
respectivamente. O comportamento observado indica que áreas e superfícies vegetadas
foram capazes de aumentar a umidade relativa do ar quando comparada com as demais
superfícies pesquisadas.
Com relação à sensação térmica, observou-se nos locais de pesquisa sem sombreamento,
que somente durante o período noturno, das 20h às 6h, foi que a sensação se enquadrava
dentro da faixa de conforto térmico (de 18 a 23˚C). Das 7 às 8h e das 18 às 20h, ocorreu
PET superior a 23˚C e inferior a 29˚C, indicando que os ambientes estavam “ligeiramente
quente” para os pedestres que ali circulavam. Das 8 às 10h e 14 às 18h, os valores de PET
encontravam-se no intervalo de 29 à 35˚C, que correspondem à percepção térmica de que o
ambiente se encontrava “quente”. Das 10 às 14h, a percepção era de que os ambientes
pesquisados se encontravam “muito quentes”. Os máximos valores de sensação térmica
foram alcançados no concreto, grama e asfalto, com valores de PET de 43,2, 42,9 e 42,8˚C,
respectivamente. As amplitudes térmicas observadas nestes materiais foram superiores a
20˚C, em virtude de estarem expostos de forma direta à radiação solar. Os resultados
corroboram com Lin et al. (2010a), que encontrou elevadas frequências de PET superior a
42˚C. Isso indica que os ambientes ao ar livre, apesar de cobertos por materiais naturais
como a grama, podem apresentar condições de desconforto térmico aos usuários, de forma
semelhante aos materiais artificiais, como o concreto e o asfalto.
Na análise do ambiente sombreado, notou-se que os limites apresentados anteriormente se
modificaram. As horas em que se obteve sensação de conforto térmico foi reduzida para o
período de 1 às 8h, justificado pelo fato de que sob as copas existe a tendência da
temperatura do ar e a temperatura radiante manterem-se mais elevadas durante a noite do
que nas superfícies a céu aberto, em virtude das múltiplas reflexões de onda longa que
acontecem entre a superfície e a copa da árvore. Das 8 às 11h e das 16 às 1h, a sensação
avaliada foi de “ligeiramente quente” e das 11 às 16h, a sensação foi de “quente”. A
máxima sensação térmica observada foi de 31,3˚C, o que indica que sob a copa da
Mangueira, em nenhum momento, foi observada sensação de que o ambiente se encontrava
“muito quente”. Comparativamente, a amplitude da sensação térmica foi bem inferior à
observada nas superficies cobertas por grama, concreto e asfalto (<10˚C) em virtude do
sombreamento provocado pela copa nesse ambiente. Isso demonstra a potencialidade que o
sombramento arbóreo tem em reduzir tanto as temperaturas superficiais quanto a sensação
térmica nos ambientes ao ar livre.
35
32.5
Tbs (˚C)
Mangueira
Grama
30
Concreto
27.5
Asfalto
25
22.5
0
2
4
6
8
10 12 14
Hora local (h)
16
18
20
22
(a)
Umidade relativa (%)
90
80
Mangueira
Grama
70
Concreto
Asfalto
60
50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Hora local (h)
(b)
45
Mangueira
PET (˚C)
40
35
Grama
30
Concreto
25
Asfalto
20
PET-Lim.Inf.
15
0
2
4
6
8
10 12 14
Hora local (h)
16
18
20
22
PET-Lim. Sup.
(c)
Fig. 4 Variação diária média da temperatura de bulbo seco (a), umidade relativa do
ar (b) e sensação de térmica (PET) (c), no periodo de 19/03 a 19/04/2012. A linha traço
e pontilhada indicam o limite superior e inferior da faixa da sensação térmica
definida como confortável para o PET na Tabela 1.
Tabela 2 Estatística descritiva dos dados medidos nos quatro pontos da pesquisa
Mangueira
Grama
UR PET Tbs
˚C
%
UR
PET
˚C
%
˚C
24,3 61,4 22,1 23,9 61,7 20,0 24,0 53,7 20,4 24,5
52,9
20,9
Máxima 30,7 86,2 31,3 31,9 89,8 42,9 33,5 88,5 43,.2 33,4
Amplitude 6,4 24,8 9,2 8,0 28,1 22,9 9,5 34,8 22,8 8,9
Média
27,0 75,9 25,8 27,2 78,2 28,4 28,1 73,6 28,8 28,2
84,3
31,3
71,0
42,8
21,9
29,3
˚C
˚C
UR PET Tbs
Asfalto
UR PET Tbs
Mínima
Tbs
Concreto
%
˚C
˚C
%
˚C
O teste de Shapiro-Wilk (p < 0,05) indicou que as distribuições de Tbs, UR e PET nos
pontos estudados não apresentaram distribuição normal, o que levou a utilização do teste
não paramétrico de Kruskal-Wallis com a finalidade de comparar estatisticamente os
resultados encontrados nas observações realizadas. A estatística de Kruskal-Wallis para a
variável Tbs, UR e PET demonstrou haver diferença entre os pontos pesquisados (p < 0,05)
na estação quente-úmida. A máxima diferença média entre as medições de temperatura do
ar foram observadas entre o pavimento de asfalto e sob a Mangueira, com 1,2˚C. Para a
variável umidade relativa, a máxima diferença foi de 7,2% entre a superfície gramada e o
pavimento de concreto. Para a sensação térmica, a máxima diferença foi observada entre o
pavimento de asfalto e sob a copa com 3,4˚C, seguida pela diferença entre o pavimento de
concreto e sob a copa da Mangueira, com 3˚C. Em estudo realizado em ambientes
escolares, Callejas et al. (2010) encontrou diferença média entre temperatura do ar,
umidade relativa e sensação térmica entre pavimento de concreto e sob copa isolada de
Mangueira de 2˚C, 4,3% e 4,8˚C, respectivamente, corroborando com os resultados ora
encontrados.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Esta pesquisa teve por objetivo avaliar as condições de sensação térmica em ambiente
sombreado, coberto por grama, concreto e asfalto. Sob o aspecto da temperatura do ar,
observou-se que nos pavimentos de concreto e asfalto esta variável manteve-se mais
elevada do que nas superficies cobertas por grama e sob a copa da Mangueira. Por outro
lado, a umidade relativa do ar permaneceu mais elevada nos ambientes com presença de
vegetação do que naqueles impermeabilizados, justificado pelo fenômeno da
evapotranspiração. Verificou-se nas superficies desprovidas de sombreamento, inclusive na
coberta por grama, que a sensação de conforto térmico avaliada através do indice PET
somente foi alcançada durante o periodo noturno, das 20 às 6h. Durante o período diurno,
as sensações variaram de “ligeiramente quente a muito quente” (PET > 42˚C), o que indica
que os ambientes a céu aberto na região de Cuiabá-MT, naturalmente impõem condições
de descoforto térmico aos pedestres, durante o periodo de estudo. Sob condição de
sombreamento, verificou-se que durante o período diurno, as sensações térmicas variaram
de “ligeiramente quente a quente” (PET < 35˚C), o que demonstra a potencialidade da
presença da vegetação arbórea em atenuar a sensação térmica.
Os resultados encontrados ratificam a necessidade de manutenção e plantio de espécies
arbóreas no meio urbano, não obstante a existência de superfícies gramadas. Assim,
mesmo que o ambiente esteja coberto por diferentes tipos de pavimentos, quando ele é
sombreado, há o bloqueio da incidência de radiação solar (onda curta), evitando que a
mesma atinja estas superficies, o que se traduz na redução na emissão de onda longa e,
consequentemente, na temperatura radiante, melhorando, desta forma, a sensação térmica.
Diante dos resultados encontrados, aponta-se a necessidade de uma política de manutenção
e ampliação da arborização no meio urbano, com vistas à promoção de melhorias do
conforto térmico para os pedestres.
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