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    Como os layouts, ou texturas, das cidades influenciam eventos climáticos extremos

    Pesquisadores do MIT Concrete Sustainability Hub estão estudando as conexões entre layouts urbanos e perdas por risco. Crédito:NASA

    Se você já virou em uma rua da cidade apenas para ser assolado por ar, você entrou no que é conhecido como um cânion urbano.

    Muito parecido com suas contrapartes geológicas, cânions urbanos são lacunas entre duas superfícies altas - neste caso, edifícios. As rajadas que eles canalizam, Contudo, têm implicações reais. Eles podem aumentar os ventos de um furacão ou aumentar a temperatura do ar de uma cidade, dependendo de seu arranjo - um arranjo conhecido como textura de cidade. O problema é, de acordo com pesquisadores do MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), que as práticas atuais de mitigação de riscos não consideram a textura da cidade. Consequentemente, eles frequentemente subestimam os danos, em alguns casos, até um fator de três.

    Reconsiderando as práticas atuais

    Para entender o impacto potencial da textura da cidade, Os pesquisadores do CSHub investigaram primeiro as práticas de construção atuais. Uma das práticas que examinaram foram códigos de construção.

    De acordo com a Federal Emergency Management Agency, "Os códigos de construção são conjuntos de regulamentos que regem o projeto, construção, alteração, e manutenção de estruturas. ”Um de seus objetivos é proteger os habitantes de um edifício de desastres naturais, especificando a resistência desse edifício.

    Para manter os edifícios protegidos dos perigos do vento, códigos estipulam como um edifício deve interagir com o vento, um valor conhecido como coeficiente de arrasto. O coeficiente de arrasto de um edifício determina a quantidade de resistência do ar que experimentará quando exposto ao vento. Conforme o coeficiente de arrasto de um edifício aumenta, o mesmo acontece com a probabilidade de danos.

    "Os códigos de projeto pressupõem que os edifícios têm coeficientes de arrasto fixos. E, de certa forma, faz sentido - a forma de um edifício não muda muito, "diz Jake Roxon, pesquisador do CSHub. "Contudo, descobrimos que não é apenas a forma da construção que afeta seu coeficiente de arrasto, mas também a configuração local de edifícios adjacentes, que chamamos de textura urbana. "

    A textura urbana mede a probabilidade de encontrar um edifício vizinho a uma certa distância de um determinado edifício. Roxon o calcula desenhando anéis de certo diâmetro ao redor de cada edifício de uma cidade. Em seguida, ele conta o número de edifícios em cada anel.

    Quanto mais edifícios em cada anel, maior é a probabilidade de encontrar um edifício a essa distância. E quanto maior a probabilidade, quanto mais ordenada e regular for a textura local, enquanto quanto menor a probabilidade, o mais desordenado e imprevisível. Para capturar a textura de uma cidade inteira, Roxon faz a média conjunta da textura de cada um de seus edifícios.

    "Na média, descobrimos que áreas com texturas desordenadas têm mais resiliência, "diz Roxon." Se você não consegue prever de qual ângulo o vento virá, oferecerá o maior nível de proteção. Por outro lado, para uma cidade ordenada com a mesma densidade de edifícios, você esperaria ver mais danos durante um evento de risco extremo. "

    A razão por trás da resiliência das ruas desordenadas é como elas distribuem o vento. Ao distribuir o vento de forma mais aleatória, cidades desordenadas como Boston ou Paris sofrem menos da ampliação que ocorre quando o vento percorre os corredores de cidades ordenadas, como Nova York. Em alguns casos, cidades com texturas mais ordenadas podem ampliar ventos de furacão de uma categoria 3 para uma categoria 4, Roxon encontrou.

    O impacto da textura da cidade nos coeficientes de arrasto e nas cargas de vento apareceu com destaque durante o furacão Irma em 2017, que passou pelo oeste da Flórida.

    "Um exemplo do efeito de textura são os condados de Sarasota e Lee na Flórida durante a Irma, "explica Ipek Bensu Manav, um pesquisador CSHub colaborando com Roxon. "Esses condados estão situados geograficamente próximos uns dos outros, portanto, eles experimentam um risco semelhante de furacão. E quando você olha para os estoques de construção, eles também são semelhantes - principalmente casas unifamiliares de um ou dois andares. "

    Contudo, os dois condados diferiam em termos de textura.

    "O condado de Sarasota tem uma textura menos ordenada, caindo menos em uma grade típica, e o Condado de Lee tem uma textura mais ordenada, "diz Manav." Ao olhar para o Condado de Lee, vimos mais danos estruturais - alguns edifícios desabaram completamente. Houve mais inundações e tombamento da vegetação também. Então, Irma causou muito mais danos no condado que tiveram um efeito de textura maior. "

    Acontece que, também, que as texturas ordenadas têm um efeito semelhante no calor.

    "Descobrimos que esse é o caso também com a temperatura - especificamente, o efeito da ilha de calor urbana, "diz Roxon." Cidades organizadas experimentam a maior diferença de temperatura entre elas e seus arredores rurais à noite. "

    Quebra de código

    Então, então, se os layouts das ruas influenciam muito os danos perigosos, por que os códigos de construção não os consideram?

    Crédito:Massachusetts Institute of Technology

    Simplificando, atualmente é muito difícil incorporá-los.

    Agora mesmo, a ferramenta padrão para investigar os coeficientes de arrasto de um edifício é a dinâmica de fluidos computacional (CFD). As simulações de CFD medem o coeficiente de arrasto de um edifício e seu risco de perigo modelando o fluxo de calor e vento. Embora altamente preciso, As simulações de CFD exigem tempo proibitivamente intenso e requisitos de computação em escala.

    "Usando os recursos atuais, As simulações de CFD simplesmente não funcionam na escala das cidades, "diz Roxon." Cidade de Nova York, por exemplo, tem mais de 1 milhão de edifícios. Executar uma simulação levaria muito tempo. E se você fizer apenas um pequeno ajuste na disposição dos edifícios ou na direção do vento, você tem que executar a simulação novamente. "

    Apesar de suas imperfeições, As simulações de CFD continuam sendo uma ferramenta importante para a compreensão do fluxo de vento. Mas Roxon acredita que seu modelo de textura de cidade pode compensar as limitações do CFD e, no processo, tornar as cidades mais resilientes.

    "Descobrimos que existem certas variáveis ​​derivadas da textura da cidade que nos permitem, com relativa precisão, para estimar os coeficientes de arrasto para edifícios e identificar áreas vulneráveis ​​a riscos de danos. Então, podemos executar simulações de CFD para determinar precisamente onde o dano ocorrerá. "

    Essencialmente, a textura da cidade serve como uma ferramenta de primeira linha para as partes interessadas, permitindo que avaliem o risco e, em seguida, usem seus recursos, incluindo CFD, de forma mais eficiente para identificar edifícios vulneráveis ​​para retrofit e, por sua vez, Salve vidas.

    A imagem completa

    Além da perda de vidas, desastres naturais infligem um tributo financeiro imenso. De acordo com a Administração Nacional Oceanográfica e Atmosférica, 258 desastres naturais causaram mais de US $ 1,75 trilhão em danos nos Estados Unidos desde 1980.

    Embora várias práticas possam prever e mitigar esses custos, Manav descobriu que eles ainda deixam muito sobre a mesa, ou seja, textura da cidade.

    Ao colaborar com Roxon, ela descobriu que, descontando as características da comunidade, como a textura da cidade, os modelos atuais subestimam as perdas, frequentemente de forma dramática.

    Para aplicar textura às perdas do furacão, Manav olhou mais uma vez para os condados de Sarasota e Lee na Flórida. Ela conduziu uma estimativa de perda convencional e uma estimativa de perda ajustada à textura da cidade para cada condado com base no 95º percentil de eventos de perigo anuais esperados - equivalente a alguns dos furacões mais fortes, como Irma. Ela descobriu que as perdas esperadas aumentaram quando ela incorporou a textura da cidade em suas estimativas. O aumento foi particularmente agudo no Condado de Lee, cuja textura ordenada provavelmente aumentaria as cargas do vento.

    "No condado de Sarasota, vimos um aumento na perda esperada de 1 por cento para 6 por cento do valor médio de uma casa ao incorporar a textura da cidade, "diz Manav." Mas fazendo o mesmo para Lee County, vimos uma quantidade consideravelmente maior de danos, equivalente a aproximadamente 9 por cento do valor de uma casa média. "

    Sem incorporar a textura da cidade, então, essas estimativas convencionais subestimam drasticamente os danos. Isso faz com que os residentes não tenham consciência de seu risco de perigo, e consequentemente os deixa vulneráveis.

    Os incentivos para resiliência

    Por mais preocupantes que sejam essas estimativas de perda, Manav espera que eles ainda possam ajudar as comunidades a se tornarem mais resilientes aos perigos.

    Atualmente, ela observa, a resiliência a perigos não foi amplamente implementada porque a maioria permanece inconsciente de seus benefícios de custo.

    "Uma das razões pelas quais as práticas de mitigação de riscos não estão sendo implementadas é que seus benefícios não estão sendo comunicados de forma completa, "ela diz." Obviamente, há o custo de construir com melhores padrões. Mas para equilibrar esses custos, existem os benefícios de custos de reparo reduzidos após eventos de risco. "

    Esses custos de danos reduzidos são significativos.

    Ações tão simples como escolher telhas mais resistentes, melhorando as conexões do telhado à parede, e adicionar venezianas e janelas com classificação de impacto pode mitigar danos de risco o suficiente para pagar em até dois anos em áreas sujeitas a riscos, como a costa da Flórida.

    Ao usar a textura da cidade para calcular os custos de risco, Manav e Roxon esperam proprietários de casas, desenvolvedores, e os formuladores de políticas escolherão implementar essas práticas relativamente simples. A única chave é tornar seus incentivos amplamente conhecidos.

    Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.




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