PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE

FACULTAD DE HISTORIA, GEOGRAFÍA Y CIENCIAS POLITICAS

INSTITUTO DE GEOGRAFÍA

COMPARACIÓN DE MODELOS FÍSICOS Y PERCEPTUALES

PARA DETERMINAR EL CONFORT TÉRMICO EN DISTINTOS CAÑONES

URBANOS DE LA CIUDAD DE CONCEPCIÓN

POR:

CRISTÓBAL LAMARCA GARCÍA

Proyecto de graduación presentado al Instituto de Geografía de la Pontificia Universidad

Católica de Chile para optar al grado académico de

Magister en Geografía y Geomática

Profesor Guía: Cristián Henríquez Ruíz

Profesor co-guía: Jorge Qüense Abarzúa

JULIO – 2014

Santiago, Chile

© 2014, Cristóbal Lamarca García

1    

TABLA DE CONTENIDOS

· Índice de tablas

· Índice de cuadros

· Índice de figuras

1- Resumen………………………………………………………………………….7

2- Introducción………………………………………………………………………9

3- Planteamiento del problema… …………………………………………………10

3.1_Problema de investigación………………………………………………….10

3.2_Estructura general………………………………………………………..…12

3.3_Datos urbanos, morfología y orientación…………………………………..13

3.4_Datos físicos, mediciones atmosféricas………………………………….…14

3.5_Datos perceptuales, encuestas en terreno………………………………..…15

4- Objetivos… …………………………………………………………………..…17

4.1- Objetivo general……………………………………………………………17

4.2- Objetivos específicos………………………………………………………17

5- Marco teórico (estado del arte)………………………………………………….18

5.1_Estudio de los conceptos de clima y microclima urbano…………………..18

5.2_Morfología y cañones urbanos…………………………………………..…22

5.3_Modelos de determinación del confort térmico urbano………………….…27

5.4_Síntesis del marco teórico………………………………………………..…31

2    

6- Área de Estudio…………………………………………………………………32

6.1_Designación de Ciudad de Estudio…………………………………………32

6.2_Determinación de lugar de estudio…………………………………………34

6.3_Selección de cañones urbanos a analizar………………………………...…37

7- Metodología…………………………………………………………………..…42

7.1_Estructura de la metodología…………………………………………….…42

7.2_Tabla de proceso metodológico………………………………………….…44

7.3_Descripción de las etapas del proceso metodológico………………………46

7.3.1_Descripción actividades objetivo específico Nº 1………………………..46

7.3.2_Descripción actividades objetivo específico Nº 2………………………..53

7.3.3_Descripción actividades objetivo específico Nº 3………………………..56

7.3.4_Descripción actividades objetivo específico Nº 4 Y Nº 5……………….59

8- Resultados……………………………………………………………………….63

8.1_Cañones urbanos (resultados urbanos)……………………………………..63

8.2_Fórmula de confort térmico urbano (resultados físicos)……………………72

8.3_Encuestas de percepción del confort térmico (resultados perceptuales)...…76

8.4_Interpretación de correlaciones entre datos…………………………..…….79

9- Consideraciones finales…………………………………………………………85

9.1_De la metodología aplicada………………………………………………...85

9.2_De los resultados……………………………………………………………85

9.3_De las aplicaciones de la geomática en la geografía urbana…………….…87

9.4_Recomendaciones a la continuidad del proceso, Fondecyt……………...…88

10- Agradecimientos………………………………………………………………...92

11- Bibliografía… ………………………………………………………………..…93

12- Anexos………...………………………………………………………………...98

3    

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Nº 1. Desarrollo del estudio científico del clima urbano en el tiempo…………...20

Tabla Nº 2. Descripción de la ordenanza aplicada al sector de estudio………….......…35

Tabla Nº 3. Tabla del proceso metodológico, cruce de objetivos y productos finales….45

Tabla Nº 4. Tabla de datos atmosféricos registrados en terreno………………………..55

Tabla Nº 5. Encuesta de confort térmico……………..…………………………………57

Tabla Nº 6. Matriz de correlación de los resultados obtenidos…………………………79

4    

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro Nº 1. Escalas perceptuales utilizadas en encuestas de confort térmico………...16

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Nº 1. Árbol del problema………………………………………………………..11

Figura Nº 2. Estructura conceptual del estudio…………………………………………12

Figura Nº 3. Escalas de la climatología urbana…………………………………………19

Figura Nº 4. Capa de dosel urbano en el centro de Concepción……………………..…19

Figura Nº 5. Cambio en el promedio de la temperatura superficial (1986-2005 a

2081-2100)…………………………………………………………………………...…21

Figura Nº 6. Cañón urbano tipo, ejemplo simplificado, vista en 3d………………….…22

Figura Nº 7. Cañón urbano chileno (Concepción) y Cañón urbano danés

(Copenhague)…………………………………………………………………...………24

Figura Nº 8. Disposición de cañones urbanos en distintas orientaciones y sus

consecuencias con el enfriamiento por viento…………………………………………..26

Figura Nº 9. Los modelos físicos involucran la arborización urbana, su forma y

densidad de follaje, el flujo vial, y las direcciones de los vientos………………………27

Figura Nº 10. Diagrama y croquis de los conceptos sintetizados en el marco teórico….31

Figura Nº 11. Cartografía de emplazamiento ciudad de Concepción………………...…33

Figura Nº 12. Ubicación del centro metropolitano de la ciudad de Concepción……..…36

Figura Nº 13. Plano Regulador Comunal de la ciudad de Concepción…………………37

5    

Figura Nº 14. Trazado del eje bicentenario, inscrito en el centro metropolitano de

Concepción…………………………………………………………………………...…38

Figura Nº 15. Cañones seleccionados y esquema de ubicación de puntos de control por

cañón………………………………………………………………………………….…39

Figura Nº 16. Cañones seleccionados, imagen ojo de pez y ubicación urbana…………40

Figura Nº 17. Cañones seleccionados y calles en las que se emplazan…………………41

Figura Nº 18. Esquema de desarrollo metodológico……………………………………43

Figura Nº 19. Vista Nor – Poniente de calle Barros Arana, Concepción...……………..48

Figura Nº 20. Disparo de imágenes ojo de pez, en terreno…………………………..…50

Figura Nº 21. Proceso de simplificación y modelado 3D, LIDAR Viewer ENVI 5 y

AutoCad 2013…………………………………………………………………………..52

Figura Nº 22. Encuesta de confort térmico en terreno……………………………….…58

Figura Nº 23. Flujo metodológico diseñado para obtener cartografías de las variables analizadas…………………………………………………………………………….…60

Figura Nº 24. Ficha tipo cañón Nº 9………………………………………………...…64

Figura Nº 25. Resultados de Sky View Factor, tabla de resultados y un gráfico de

barras……………………………………………………………………………………65

Figura Nº 26. Secuencia de modelado 3D………………………………………………66

Figura Nº 27. Modelo 3D resultante a partir de los datos LIDAR………………………67

Figura Nº 28. Resultados de porcentaje de sombra, tabla de resultados y gráfico de

barras……………………………………………………………………………………68

Figura Nº 29. Cartografía de sombras………………………………………………..…69

6    

Figura Nº 30. Correlación y determinación de las variables urbanas para los 9

cañones……………………………………………………………………………….…70

Figura Nº 31. Intervención “Las Tulipas” en paseo peatonal del cañón Nº7…………...71

Figura Nº 32. Cartografía de radiación solar (directa y difusa) del polígono de estudio

para el 14 de Enero a las 14.00 Hrs…………………………………………………..…72

Figura Nº 33. Los valores del confort térmico según la fórmula ASV de Nikolopoulou et

al (2004)……………………..……………………………………………………….…73

Figura Nº 34. Cartografía del confort térmico según la fórmula ASV de Nikolopoulou et

al, (2004)……………………………………………………………………………..…74

Figura Nº 35. Esquema de vientos para Concepción……………………………………75

Figura Nº 36. Los valores del confort térmico según las encuestas perceptuales………76

Figura Nº 37. Gráficos de la encuesta realizada, características de los encuestados...…77

Figura Nº 38. Cartografía del confort térmico perceptual………………………………78

Figura Nº 39. Comparación de modelos de confort térmico, físico y perceptual……….81

Figura Nº 40. Lámina mixta, indicadores urbanos, físicos y perceptuales…………...…84

Figura Nº 41a. Proyección de sombras para el centro metropolitano de Concepción en un

día de verano………………………………………………………………………….…89

Figura Nº 41b. Proyección de sombras para el centro metropolitano de Concepción en un

día de invierno………………………………………………………………………..…89

Figura Nº 42. Corte transversal para calle Barros Arana (sentido SO-NE)………….…90

Figura Nº 43. Perfil tipo del cañón (Nº 9) más confortable en los dos modelos

analizados…………………………………………………………………………….…91

7    

1 - RESUMEN

Esta tesis se enmarca en el estudio del microclima urbano, específicamente en la

comparación de dos modelos indicadores del confort térmico; el físico y el perceptual,

mediante el análisis del espacio público de 9 cañones urbanos ubicados en el centro

metropolitano de la ciudad de Concepción, Chile.

Para esto se levantan datos urbanos por medio de fotografías ojo de pez (Sky View

Factor), trabajo en terreno y vuelos LIDAR, datos de percepción del confort por medio

de encuestas y datos climáticos obtenidos con mediciones en terreno de instrumentos

atmosféricos. Todos estos datos son procesados y correlacionados para identificar

factores del diseño urbano que incidan significativamente en el confort térmico del

espacio público durante la época de verano. Los resultados son interpretados

considerando los datos cualitativos y cuantitativos.

Finalmente el análisis de los resultados indica que el centro metropolitano de

Concepción es un lugar más confortable que inconfortable en época de verano, y que el

único cañón diagonal con respecto a la trama urbana, debido a sus características de

orientación y morfología, posee lo mejores índices de confort térmico en relación a los

aspectos físicos y perceptuales.

Palabras Claves

Microclima Urbano, Confort Térmico, Cañones Urbanos, Sky View Factor, LIDAR,

Aspectos Físicos, Percepción, Encuestas, Diseño urbano, Concepción, Cualitativos,

Cuantitativos.

8    

Abstract

This thesis falls in the study of urban microclimate, specifically to compare two

models of thermal comfort; the physical and the perceptual, by analyzing the public

space of 9 urban canyons located in the metropolitan center of the city of Concepción,

Chile.

For this, urban data arise through fish eye photographs (Sky View Factor), field work

and LIDAR flights, data of comfort perception through surveys and climate data with

field measurements of atmospheric instruments. Al these data are processed and

correlated to identify urban design factors that significantly affect the thermal comfort

of the public space during the summer. The results are interpreted considering the

qualitative and quantitative data.

Finally the analysis of the results indicates that the metropolitan center of Concepción is

more comfortable than uncomfortable during the summer, and that the only diagonal

street canyon with respect to the urban trace,  due to its characteristics of orientation

and morphology, has the best thermal comfort rates in relation to physical and

perceptual aspects.

Keywords

Urban microclimate, Thermal Comfort, Urban Street Canyon, Sky View Factor, LIDAR,

Physical Aspects, Perception, Surveys, Urban Design, Concepción, Qualitative,

Quantitative.

9    

2 - INTRODUCCIÓN

Este estudio corresponde a la tesis de titulación para optar al grado de Magister en

Geografía y Geomática de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC).

Se desarrolla dentro del proyecto Fondecyt Nº 1130305

“Estudio y modelación del clima urbano a escala local, como base para la proposición de

lineamientos de adaptación frente al cambio climático en una red de ciudades chilenas”.1

El estudio de las relaciones entre clima y ciudad se enmarca en “…dos de los temas

ambientales más serios del siglo XX: el crecimiento poblacional y cambio climático…”

(Stewart y Oke, 2012). Por lo que la geografía y el diseño urbano son actores

fundamentales para construir una mejor calidad de vida para los habitantes de las

ciudades.

Para optar al grado de Magister de la UC, se plantean dos rutas; una basada en la teoría y

una segunda ruta basada en estudios aplicados. Esta segunda ruta fue la utilizada en este

estudio, enfocando el conocimiento en métodos y resultados aplicados por sobre la

profundización en un marco teórico conceptual.

                                                                                                                         1Proyecto Fondecyt Nº 1130305 a cargo del Profesor Cristián Henríquez R. Instituto de geografía de la Pontificia Universidad Católica de Chile, 2013  

10    

3 - PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3.1_Problema de investigación

Con el fin de lograr un mejor conocimiento de las posibles consecuencias morfológicas

sobre el confort térmico en los cañones urbanos, se plantea la siguiente pregunta.

¿Cómo comparar modelos de confort térmico en distintos cañones urbanos de la ciudad

de Concepción?

Para arquitectos y urbanistas resulta muy complejo abordar todas las variables sociales,

económicas y medioambientales al momento de diseñar o reacondicionar tejidos urbanos

y sus respectivas ordenanzas de edificación.

Dado que Chile se comprende como un país con distintos climas, la Ordenanza General

de Urbanismo y Construcciones (O.G.U.C.) considera esto en algunos requisitos

morfológicos como lo son las Rasantes2, permitiendo el acceso de la luz solar a los

vecinos. Esta normativa debe ser cumplida, pero puede ser reemplazada por Estudios de

Sombra3 que permiten redistribuir el área de la superficie sombreada por un volumen

teórico4 y distribuirla de cualquier otra manera, siempre que no sea mayor la superficie

de sombra proyectada a la teórica.

También existen Normativas de Aislación Térmica para viviendas, Constructibilidades,

Coeficientes de Ocupación de Suelo y Distanciamientos que varían según cada

municipio. Estas leyes configuran nuestras ciudades, pero no se hacen cargo del espacio

público propiamente tal, ya que el objetivo es urbanizar de una manera equitativa y

                                                                                                                         2Rasante: recta imaginaria que, mediante un determinado ángulo de inclinación, define la envolvente teórica dentro de la cual puede desarrollarse un proyecto de edificación. (Definiciones y Art. 2.6.3 OGUC, 2013). 3Estudios de sombra (Art. 2.6.11 OGUC, 2013) 4Volumen teórico: volumen o envolvente máxima, expresado en metros cúbicos, resultante de la aplicación de las disposiciones sobre superficies de rasante, distanciamientos, antejardines y alturas máximas, cuando las hubiere, en un terreno determinado. (Definiciones OGUC, 2013).

11    

respetuosa entre los predios vecinos, pero no entre lo que se edificará y el espacio de uso

público.

Por último se diseña un árbol de problema en base a causas y efectos, los cuales se

grafican la figura Nº 1.

Figura Nº 1: árbol del problema. Fuente: Elaboración propia (2013)

Nota: El sistema de árbol de problema se explica ingresando causas o preguntas (raíces), las que pasan por

objetivo principal o problema (tronco), y genera sus efectos o resultados (ramas).

12    

3.2_Estructura general

Para dar forma y dirección al proceso de investigación, se construye una estructura

conceptual de los puntos a desarrollar. Como muestra la figura Nº 2, el proceso cruza

tres etapas: el estudio del hombre, el clima y la ciudad, de los cuales se extraen

indicadores específicos capaces de relacionarse y correlacionarse entre sí, con el fin de

obtener información útil y práctica para los nuevos desafíos en el diseño urbano

sustentable.

Figura Nº 2: estructura conceptual del estudio. Fuente: Elaboración propia.

13    

3.3_Datos Urbanos, morfología y orientación

Las ciudades chilenas tienen un origen formal fundacional en el damero de Conquista, lo

que se refleja en las plazas y trazados ortogonales de cada ciudad y se describe como

una grilla cuadricular compuesta por circulaciones o calles lineales, paralelas y

perpendiculares entre sí, configurando las conocidas manzanas o solares.

Las primeras instrucciones detalladas de cómo fundar una ciudad bajo el esquema del

damero datan de 1573; las famosas "Ordenanzas de población" de Felipe II, las cuales

describían el proceso fundacional de una ciudad en un espacio geográfico y sus

consecuencias sociales, como el orden jerárquico del poder y estructura religiosa entre

otros (Durston, 1994).

Estas ciudades de conquista, si bien consideran en su diseño un uso práctico y ordenado

del espacio según el habitar humano, niegan la versatilidad de cada espacio geográfico

en donde se emplazan, desconociendo el asoleamiento, los vientos, la humedad

atmosférica y la temperatura propia del clima. Estos factores olvidados son lo que

muchas veces generan condiciones inconfortables para el ser humano y su desarrollo en

el espacio de la ciudad. Tampoco hay una correlación clara con la ubicación geográfica

o factores topográficos del lugar. Plantas irregulares aparecen en sitios que habrían

acomodado un trazado en damero, y hay casos de fundaciones en damero que surgen en

terrenos difíciles que habrían justificado otra solución morfológica (Durston, 1994).

“La urbanización ha llevado tanto a la densificación y expansión urbana, y estos grandes

cambios de uso del suelo, que a menudo son no planificados, pueden tener

consecuencias ambientales significativas” (Krüger, 2010).

La falta de correlación y sentido común entre un trazado de geometría ortogonal sobre

una topografía de estructura orgánica enfatiza la necesidad de estudiar el microclima

urbano y su percepción en los habitantes, no sólo en ámbitos físicos de los materiales,

sino que también en la morfología que se construye para cada ciudad y su respectiva

14    

orientación en el espacio. Junto con esto, los volúmenes construidos son los que

constituyen los vacíos que habitan los ciudadanos, por lo que serán estudiados desde su

proporción y disposición espacial.

3.4_Datos físicos, mediciones atmosféricas

Como se detallará en el capítulo 5.35, las investigaciones del confort en espacios abiertos

basados en estándares computacionales, no son la manera más representativa de tomar

valores para aplicar en modelos de determinación del confort térmico en espacios

abiertos. Por este motivo se decidió utilizar un método cuantitativo por medio de una

fórmula de confort térmico basado en datos atmosféricos reales tomados en terreno. Este

proceso entrega un indicador cuantitativo matemático del confort térmico de los cañones

a estudiar.

Existen varias fórmulas para obtener el confort térmico de un espacio determinado,

muchas se enfocan en el confort al interior de las viviendas o lugares de trabajo, las

cuales no son del todo adecuadas para analizar un cañón urbano, por lo que se utilizó la

fórmula de Actual Sensation Vote (ASV) de Nikolopoulou et al, (2004) quien realizó un

estudio de comparación entre encuestas y datos atmosféricos en cañones urbanos de la

ciudad de Atenas, ubicada a un grado latitudinal6 del hemisferio opuesto a la ciudad de

Concepción.

                                                                                                                         55.3_Modelos de determinación del confort térmico urbano; del capítulo 5: “ Marco Teórico”

6  La ciudad de Concepción se ubica a los 36º 50´ latitud sur y la ciudad de Atenas se ubica en los 37º 50´

latitud norte. Ambas ciudades son afectadas por un clima costero.

 

15    

3.5_Datos perceptuales, Encuestas en terreno

Una definición simplificada de confort térmico puede ser la ausencia del disconfort

producido por el calor y el frío (Givoni, 2010). El mismo autor menciona que un

problema frecuente en el diseño urbano de espacios exteriores es cómo proporcionar

exposición al sol en invierno y sombra en verano utilizando una misma estrategia para

ambos objetivos.

El confort térmico de las personas al aire libre es uno de los factores que pueden afectar

el nivel de las actividades realizadas en las calles, plazas, parques infantiles, parques

urbanos, etc. La cantidad e intensidad de tales actividades se ven afectadas por el nivel

de incomodidad experimentado por los habitantes cuando se exponen a condiciones

climáticas en espacios al aire libre. Para construir la estructura del estudio vinculando

distintas aproximaciones al problema, se busca medir la percepción humana del confort

térmico en los cañones urbanos de manera perceptual, por medio de encuestas realizadas

en terreno, con el fin de obtener datos e indicadores cualitativos de percepción que

puedan ser comparados con los datos cuantitativos de la morfología y orientación

urbana.

Basado en la encuesta realizada por Cheng (2008), se establece la mejor manera de

redactar y diseñar gráficamente una ficha de encuesta común para los distintos cañones.

La encuesta original se puede ver en el cuadro Nº 1.

16    

Cuadro Nº 1: escalas perceptuales utilizadas en encuestas de confort térmico. Fuente: Cheng, (2008).

17    

4 - OBJETIVOS

4.1_Objetivo general

El objetivo general de este estudio es comparar modelos físicos y perceptuales para

determinar el confort térmico en distintos cañones urbanos de la ciudad de Concepción.

Hipótesis: La morfología y orientación de los cañones urbanos de la ciudad de

Concepción, determinan el confort térmico percibido por sus habitantes.

4.2_Objetivos específicos

Objetivo específico 1: determinar y modelar tridimensionalmente distintos cañones

urbanos.

Objetivo específico 2: modelar cuantitativamente el confort térmico, por medio de la

obtención y registro de datos atmosféricos en terreno para obtener información que

pueda ser correlacionada con otros indicadores.

Objetivo específico 3: registrar y clasificar encuestas de percepción del confort térmico

de los habitantes del centro metropolitano de Concepción.

Objetivo específico 4: comparar y contrastar los resultados obtenidos por medio de

correlación de variables.

Objetivo específico 5: interpretar y representar gráficamente los resultados y

comparaciones obtenidas.

18    

5 - MARCO TEÓRICO

5.1_Estudio de los conceptos de clima y microclima urbano

Aproximadamente la mitad de la población mundial (3,2millones) vive en zonas urbanas

y esta proporción crecerá sustancialmente en el futuro cercano. Para el año 2030 se

espera que 5.000 millones de personas vivan en áreas urbanas, lo que representa el 60%

de la población mundial (Mills, 2007). Por este motivo estudiar el medioambiente

urbano, se hace cada vez más importante y sus resultados tienen la posibilidad de

generar conocimiento que afecte la calidad vida urbana del más alto porcentaje de

población mundial.

La calidad de vida en las ciudades es un tema de creciente importancia, particularmente

Chile, donde cerca del 90% de su población reside en áreas urbanas. Ésta se expresa a

través de atributos ambientales que entre otros aspectos, se relacionan con un adecuado

clima urbano (Romero y Molina, 2008).

Según Oke (1987) la manera de analizar el espacio atmosférico de las ciudades se

estratifica en una composición vertical compuesta por 3 escalas, representadas en la

figura Nº 3. De mayor a menor escala se definen como; la meso escala, que representa

los estudios interurbanos y procesos campo - ciudad, la escala local que representa el

clima de las ciudades y por último está la escala de dosel urbano, conocida por su

nombre en inglés como Urban Canopy Layer (UCL) 7 , que representa el estrato de

circulación de las personas.

                                                                                                                         7    En la meso escala y la escala local, se realizan los análisis y estudios de las islas de calor urbano (ICU)  

19    

Figura Nº 3: escalas de la climatología urbana. Fuente: Modificado de Whiston, (1986).

Nota: Se destaca con color celeste la Urban Canopy Layer.

La capa de dosel urbano es donde habita diariamente el ser humano, y se define como la

capa de la rugosidad producida por el desarrollo urbano. Va desde el suelo, a nivel de

terreno natural (NTN), hasta el punto más alto construido, incluyendo todo tipo de

edificaciones y vegetación (Rotach et al, 2005).

Esta capa de dosel se representa por medio de la figura Nº 4.

Figura Nº 4: capa de dosel urbano en el centro de Concepción. Fuente: Elaboración propia.

El estudio se enfoca en la capa de dosel urbano con el fin de contribuir al área de la

geografía donde se está marcando una clara tendencia en el campo de la micro

climatología, como lo demuestra la tabla Nº 1, que resume los avances científicos según

Mills, (2007).

20    

Período Acercamiento al conocimiento 1940 Observación y descripción de los efectos

urbanos utilizando equipos meteorológicos convencionales (ej: termómetros)

1960 Uso de métodos estadísticos para probar hipótesis, motivos de estudio de presupuestos y consumo de energía.

1970 Aplicación de técnicas con modelos computacionales, observación de flujos de energía, mayor rigurosidad en la definición de la “superficie” urbana, escalas urbanas y observación de efectos urbanos.

1980 Adopción de conceptos comunes de formas urbanas, uso de modelos físicos a escala, mediciones en diferentes ciudades.

1990 Establecimiento de relaciones entre forma urbana y sus efectos climáticos, trabajos de campo realizado por equipos de investigación.

2000 Mejoramiento en el modelado de la geometría urbana, aumento de relaciones entre programas de modelado urbano y mediciones climáticas.8

Tabla Nº 1: desarrollo del estudio científico del clima urbano en el tiempo. Fuente: Mills, (2007).

Nota: Traducida de Mills, Luke Howard, Tim Oke and the study of urban climates (2007)

La literatura del clima urbano pone de relieve la necesidad de avanzar en la resolución

espacial urbana disminuyendo la escala de trabajo. Esto se logra enfocándose en

espacios más acotados en dimensiones pero a su vez más complejos en variables,

llegando a la unidad básica del espacio urbano, definido como cañón urbano.

                                                                                                                         8  El presente estudio se enmarca en el área del conocimiento generado por los avances científicos desde el año 2000 en adelante.

21    

El estudio de los microclimas dentro de la ciudad, en especial los producidos por los

cañones urbanos tienen un desarrollo casi paralelo al propio de las islas de calor

(Tornero et al, 2006).

La relación de los cañones urbanos con las ciudades en donde se emplazan están

afectadas por otro aspecto importante planteado por el Intergovernmental Panel on

Climate Change (IPCC), que enuncia a fines del siglo XXI que la temperatura global

aumentará. En el caso de Chile, el efecto de la desertificación avanza de norte a sur, por

lo que ciudades de la latitud de Concepción aumentarán sus temperaturas entre 3,5ºC y

4ºC, lo que se puede ver en la figura Nº 5. Por esta razón el estudio se desarrolla

principalmente como un aporte al diseño urbano para la época de verano, debido a que

las altas temperaturas tendrán un mayor efecto negativo en la habitabilidad de las

ciudades.

Figura Nº 5: cambio en el promedio de la temperatura superficial (1986-2005 a 2081-2100).

Fuente: IPCC (2013)

Nota: se observa en la imagen de la izquierda una temperatura de 0,5ºC para la ubicación de la ciudad de

Concepción, y en la imagen de la derecha se observa una temperatura superficial de 4ºC.

22    

5.2_Morfología y cañones urbanos

Un cañón urbano es una unidad urbana básica formada por las paredes de los edificios,

el suelo, la calle entre edificios, y el volumen de aire contenido adentro. Su importancia

está en el potencial que tiene para explicar el fenómeno de la isla de calor urbano.

Debido a su geometría, el cañón puede atrapar radiación solar y aumentar el calor de la

zona urbana en comparación con las zonas rurales circundantes. La comprensión de esta

geometría y sus consecuencias pueden ayudar al diseño de las calles y conservación de

energía.

Estudios previos han demostrado que la geometría del cañón urbano, como la altura y el

ancho (H/W), el factor de apertura de cielo (SVF), los materiales y la orientación de las

construcciones pueden influir significativamente en las temperaturas de la superficie y el

aire que se encuentran dentro del cañón (Zutter, 1999).

Un ejemplo simple de lo que se denomina cañón urbano, lo muestra la figura Nº 6.

Figura Nº 6: cañón urbano tipo, ejemplo simplificado, vista en 3d. Fuente: Elaboración propia.

23    

El urbanismo tradicional ha controlado indirectamente las proporciones de las calles y el

espacio público regulando la geometría básica de los edificios, alturas y

distanciamientos, para permitir el acceso de la luz y energía solar a éstos. Junto con esto,

las leyes de zonificación establecen los distanciamientos mínimos que limitan el

sombreamiento de los edificios entre ellos. Sin embargo no existe una regulación urbana

en Chile que se haga cargo de la calidad espacial ni climática del espacio público de las

ciudades.

Dado esto, el estudio analiza el espacio público de la ciudad representándolo a través del

concepto de cañón urbano, comúnmente utilizado en climatología urbana, el cual

describe cómo los espacios pueden crear condiciones ambientales especiales (Stromann-

Andersen, 2011). Debido a la complejidad de la trama urbana de las ciudades, se

establece el cañón urbano como una unidad de estudio dentro del área científica y

arquitectónica del diseño urbano sustentable.

En Chile son escasos los estudios científicos realizados dentro del espacio de los

cañones urbanos y muchos son realizados en cañones lo más simétricos posible, pero en

Chile la normativa vigente de la Ley de Ordenanza General de Urbanismo y

Construcciones (OGUC) permiten edificar de distintas maneras las líneas imaginarias

que modelan las máximas constructibilidades, conocidas como Rasantes9, que pueden

incluso ser reemplazadas por otros métodos de diseño normativo, como por ejemplo, los

Estudio de Sombra10.

                                                                                                                         9Rasante: recta imaginaria que, mediante un determinado ángulo de inclinación, define la envolvente teórica dentro de la cual puede desarrollarse un proyecto de edificación. (Definiciones y Art. 2.6.3 OGUC, 2013).  10Estudios de sombra (Art. 2.6.11 OGUC, 2013). Los estudios de sombra permiten redistribuir la superficie total de sombra que proyecta un volumen teórico sobre los predios vecinos hacia el oriente, el sur y el poniente; siempre y cuando la superficie total sombreada no sea mayor a la superficie total teórica. Estas superficies de sombra no consideran el espacio público como espacio sombreado.  

24    

Otra variable normativa que configura los cañones urbanos en Chile son las restricciones

máximas, que permiten la posibilidad de construir edificios bajos al costado de edificios

altos, rompiendo la simetría de los cañones como muestra la figura Nº 7. Este tema es

importante mencionarlo debido a que la mayoría de los estudios científicos sobre

cañones urbanos, se hacen en espacios regulares de fachada y altura continua. Romper la

simetría de los cañones urbanos trae como consecuencia climática la necesidad de

levantar información particular y precisa del lugar, ya que los datos estandarizados por

proporciones no representan correctamente la realidad de las ciudades en Chile.

Figura Nº 7: cañón urbano chileno (Concepción) y Cañón urbano danés (Copenhague).

Fuente: Elaboración propia y Stromann-Andersen, (2011).

Nota: Las diferencias de simetría se representan poligonizando las aperturas al cielo.

25    

Para lograr obtener modelos físicos o digitales de los cañones urbanos en las ciudades

chilenas, el levantamiento morfológico se hace más complejo debido a la asimetría o

irregularidad constructiva. El indicador que se utiliza para medir las proporciones de

lleno y vacío de los cañones urbanos en ciudades de cañones simétricos, es la relación

ancho por alto (H/W), pero no representa correctamente la realidad de las ciudades

asimétricas, siendo más adecuado el uso del Factor de apertura de cielo o Sky View

Factor (SVF), el cual permite obtener datos precisos de la configuración espacial de

cada cañón urbano.

Otro tema fundamental del diseño urbano, es la orientación que se traza en las ciudades,

según Krüger (2010) la manera de disponer los edificios entre ellos y con respecto a

factores como el asoleamiento y los vientos predominantes, tiene diferencias

significativas al momento de buscar ventilación y enfriamiento natural en ciudades

desérticas, esta modelación se ve en la figura Nº 8.

26    

Figura Nº 8: Disposición de cañones urbanos en distintas orientaciones y sus consecuencias con el

enfriamiento por viento. Fuente: Krüger, (2010).

Nota: La figura muestra dos situaciones a y b, la a representa cañones con una proporción H/W = 0.33 de

amplia distancia entre edificios, la b representa una proporción H/W = 2.00 de edificios próximos unos

con otros. A su vez, cada situación se modela con vientos en sentido norte – sur (N-S), este – oeste (E-

W), paralelo al cañón (PARAL) y por último perpendicular al cañón (PERP).

El gris más oscuro representa baja velocidad del viento, y el gris claro representa mayor velocidad.

Otros autores como Zutter (1999) y Gromke et al (2008), entre otros, han desarrollado

estudios del comportamiento de los vientos en la rugosidad urbana; y mencionan la

necesidad de entender el viento como un fluido en un espacio tridimensional, variando sus

direcciones de distinta manera dependiendo la altura y el ángulo de los obstáculos urbanos.

Gromke et al (2008) menciona que estudiar y analizar la dirección del viento tiene una

mayor significancia para efectos de la dinámica de fluidos y concentración de

contaminantes en espacios urbanos, para lo que se utilizan modelos físicos como muestra

la figura Nº 9.

27    

Figura Nº 9: los modelos físicos involucran la arborización urbana, su forma y densidad de follaje, el flujo

vial, y las direcciones de los vientos. Fuente: Gromke et al (2008).

Nota: a la derecha se ve una gráfica que representa las concentraciones de contaminantes en las dos caras

del cañón modelado, con viento en sentido perpendicular al eje del cañón.

El presente estudio se concentra en la micro-escala debido a las consecuencias en la

micro climatología de los cañones urbanos definidas principalmente por la forma de la

apertura del cielo (SVF) y la orientación de calles y edificios.

5.3_Modelos de determinación del confort térmico urbano

La ciudad representa “la forma más radical de transformación del paisaje natural, pues

su impacto no se limita a cambiar la morfología del terreno, nuevas construcciones, otro

plano y disposición del territorio, ni tampoco la aglomeración humana o mecánica que

determina, sino que todo ello modifica las mismas condiciones climáticas y ambientales,

elevando la temperatura y afectando al régimen de precipitaciones y de vientos”

(Tornero et al, 2006).

El estudio del confort térmico en la ciudad ha sido un tema de máximo interés para

numerosos científicos. Desde el año 1485, en que Leon Battista Alberti escribió “La

Reaedificatoria”, la necesidad de buscar relaciones entre clima y ciudad no se han

detenido, distintos autores hasta el día de hoy han seguido esta línea, enfocando cada vez

más sus hipótesis y resultados en el bienestar de las personas en el ambiente urbano.

28    

Battista Alberti describió, para la literatura destinada a arquitectos y geógrafos, la

importancia e influencia del clima en las edificaciones y por ende en la salud de quienes

habitan esas construcciones, concentrándose principalmente en la temperatura y la

humedad (Tornero et al, 2006).

Posteriormente aparece la literatura de Luke Howard en 1818 con “The Climate of

London” siendo un pionero en los estudios del clima urbano, quien registró y tabuló

series de 25 años con registros diarios, principalmente de temperatura y presión

atmosférica, método que hasta el día de hoy se emplea para estudios de clima y

microclima urbano (Howard, 1818). Luego en 1950, Chandler T.J. publica sus estudios,

mencionando a Luke Howard como el pionero de los estudios de clima urbano.

En 1943 el geógrafo francés Max Sorré, estudió y generó conocimiento del clima a

escala global, regional y local, definiendo sus diferencias y similitudes. Sorré plantea la

geografía física desde un punto de vista basado en el entorno de los seres viviente más

que el entorno en sí mismo, apuntando al concepto del confort en el espacio.

En el documento “Design with climate” del arquitecto Victor Olgyay (1963), se plantea

la necesidad de diseñar en busca del confort térmico por medio del estudio del clima,

generando modelos de determinación de confort para espacios interiores basados en

temperatura, viento e iluminación, entre otros aspectos. Este enfoque geográfico apunta

a generar en el diseño de arquitectura y urbanismo un énfasis en el regionalismo y

entender los lugares donde el ser humano se emplaza para no replicar un mismo modelo

en diferentes climas y territorios.

En 1973 Oke estudia las escalas climáticas urbanas descritas anteriormente: meso, local

y dosel, esta última es en la cual se desarrolla este estudio. Posteriormente y como

menciona Tornero (2006) en 1988 Oliveira retoma el tema de la adecuación de la forma

29    

urbana al clima, esta vez con un enfoque escalar más amplio viendo la ciudad como un

todo. De manera más acotada, Asaeda en 1996 genera conocimiento relevante con

respecto a las consecuencias del almacenaje de calor en cañones urbanos para el

microclima de la ciudad.

Autores ya mencionados como Tornero (2006) y Krüger (2010) retoman el concepto del

clima urbano avanzando a un desarrollo urbano sostenible. Paralelamente se aplica el

estudio de imágenes satelitales para generar índices de calidad ambiental (Santana,

2010), esto demuestra la utilidad de la geomática en temas vinculados con clima y

urbanismo.

Actualmente los estudios de geometría, forma, densidad y sombras son la tendencia para

generar indicadores de análisis de cañones urbanos (Tahbaz, 2012), estos estudios

demuestran la necesidad de entender la ciudad como una geometría expuesta a las

variables climáticas, destacando el sol en primer lugar y cómo su presencia o ausencia

genera espacios mejores o peores bajo los efectos de otras variables como las

precipitaciones y los vientos; por ejemplo un cañón urbano en el cual nieva, debido a la

proporción de su geometría construida, nunca recibe radiación solar directa, por lo tanto

genera espacios con hielo, de bajas temperaturas y posteriormente húmedos, a diferencia

de un cañón en el cual nieva que sí recibe radiación solar.

Estudios recientes han demostrado que el microclima urbano en los espacios exteriores

es un factor determinante en la manera en que son utilizados y las actividades que en

ellos se desarrollan; el confort térmico de estos espacios afecta el comportamiento y la

conducta de los usuarios. Estudios y modelos de determinación del confort térmico

urbano se basan en el análisis de datos atmosféricos duros, y simulaciones

computacionales, pero existe la necesidad de datos empíricos para poder evaluar los

parámetros subjetivos de los humanos (Nikolopoulou et al, 2004).

30    

Como menciona Tornero (2006) en sus revisiones bibliográficas, la investigación del

confort en espacios abiertos comienza con la aplicación de índices de los aspectos

térmicos, desarrollados para condiciones estándar, como el índice PMV11, el PET12, el

SET13, etc. Sin embargo, se vio pronto que las condiciones estables asumidas en estos

modelos no eran adecuadas para estudios de espacios abiertos, con condiciones mucho

más variables VDI, (1998); Nikolopoulou y Steemersm (2003); Thorsson et al, (2004).

De acuerdo a estos autores, la aproximación cuantitativa es insuficiente para comprender

la complejidad del confort en los espacios abiertos, por lo que la tendencia actual en la

investigación comienza a incluir parámetros perceptuales en sus análisis. La satisfacción

de los peatones con respecto al factor térmico del ambiente es un indicador perceptual de

mucha importancia, que determina la cantidad de tiempo invertido en los espacios

públicos exteriores. Sin embargo, es muy difícil juzgar el nivel de satisfacción con el

confort térmico, ya que varía de una persona a otra (Setaih et al, 2013).

                                                                                                                         11PMV: “Voto medio previsto”, esta ecuación utiliza un balance térmico en estado estacionario para el cuerpo humano. 12PET: “Temperatura fisiológica equivalente”, es equivalente a la temperatura del aire a la cual, en un lugar bajo un techo típico, sin viento ni radiación solar, el balance del cuerpo humano se mantiene con temperaturas interiores y cutáneas iguales a aquellas bajo las condiciones que son evaluadas. 13SET: “Temperatura estándar efectiva”, se define como la sensación que se experimenta a una temperatura y humedad dadas, con aire saturado y en calma; agregando el factor de vestimenta ligera.

31    

5.4_Síntesis del marco teórico

El enfoque investigado y sintetizado en el presente marco teórico apunta a mejorar y

complementar el entendimiento de las consecuencias de la urbanización en la ciudad.

Estableciendo tres actores principales: hombre, clima y ciudad. Si se entiende la ciudad

como el soporte donde habita el hombre, entonces la interfaz física entre ambos, serán

las condiciones atmosféricas, el clima. A modo de resumen se expresa la figura Nº 10.

Figura Nº 10: diagrama y croquis de los conceptos sintetizados en el marco teórico.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: El esquema representa las tres entradas conceptuales del estudio que se desprenden del marco

teórico: la ciudad como el soporte del habitar humano, el hombre como sujeto de estudio por medio del

confort térmico, y el clima como el espacio y/o la interfaz que vincula al hombre con la ciudad.

“La ciudad puede alterar los parámetros del confort tanto en sentido positivo como

negativo. Consecuentemente, en años recientes, son cada vez más numerosos los

trabajos que inciden en la trilogía clima urbano – confort-planificación urbana” (Tornero

et al, 2006).

32    

6 - ÁREA DE ESTUDIO

6.1_Designación de Ciudad de Estudio

En la introducción se menciona la participación del estudio en el proyecto Fondecyt, del

cual se destaca el siguiente párrafo:

“Establecer las relaciones existentes entre las tendencias y fluctuaciones climáticas que

se pueden apreciar al interior de las ciudades (Antofagasta/Calama, Copiapó/Caldera,

Santiago/Valparaíso y Chillán/Concepción) con aquellas causadas por procesos globales

o de gran escala, tales como las oscilaciones atmosférico-oceánicas y su influencia en el

confort climático”. (Fondecyt #1130305)

El objetivo descrito anteriormente incluye dos palabras clave para la dirección

conceptual del presente estudio, destacan: Concepción y Confort.

La ciudad de Concepción es la segunda ciudad más poblada de Chile (912.889

habitantes) después de la capital, Santiago (INE, 2002). El cambio climático indica que

las temperaturas aumentarán en los próximos 30 años (IPCC, 2013) y siendo la capital

de la región del Bío Bío, concentra el 57% de su población urbana (INE, 2002).

La población está en aumento al igual que las temperaturas, por lo que realizar el estudio

en la ciudad de Concepción se justifica de manera simple y clara, considerando como

principal línea conceptual, el clima en la ciudad.

La actividad económica de la población se concentra en tres ramas, el 44% de las

personas ocupadas en la región del Bío Bío, trabajan en agricultura, ganadería, caza y

silvicultura; industria manufacturera y comercio, en las dos primeras predomina la

fuerza de trabajo ocupada masculina y en comercio (junto a enseñanza) predomina la

ocupación femenina (INE, 2002).

33    

Respecto a las condiciones climáticas existentes en el área de estudio, Concepción se

define como una zona de transición entre un clima templado mediterráneo cálido y un

clima templado húmedo o lluvioso, denominado clima templado-cálido tipo

mediterráneo (Romero, 1985). Las temperaturas anuales alcanzan una media de 12°C y

una amplitud térmica de 8,1°C. La temperatura promedio en verano es de 17°C, mientras

que en invierno es de 8°C. La precipitación media anual es de 1.332,6mm

concentrándose un 70% de éstas en los meses de Mayo y Agosto (Sanhuezay Azócar,

2000) en memoria Viviana Berrios, 2013.

Para representar la ubicación de la ciudad de Concepción, en Chile y su forma de

emplazamiento en el espacio, se muestra la figura Nº 11.

Figura Nº 11: Cartografía de emplazamiento ciudad de Concepción. Fuente: Elaboración propia.

34    

6.2_Determinación de lugar de estudio, centro metropolitano de Concepción

La literatura relacionada con los cañones urbanos selecciona unidades de estudio

(parques, barrios, etc.) y cañones independientes en distintas unidades y escalas urbanas

(centro, periferia, satélite, entre otros). También es importante saber en qué tipo de zona

climática local (LCZ) (Stewart y Oke, 2012) se trabaja el estudio. En este caso, se trabaja

en la zona de edificación en media altura, compacta y con suelo pavimentado. Sumado a

lo anterior y en función de generar información relevante y eventualmente aplicable a las

normativas de diseño urbano en Chile, se enfocará el estudio en un área afectada bajo un

mismo uso de suelo urbano, según el Plan Regulador Comunal de Concepción (2013).

Para este caso se localiza el área de estudio en el centro metropolitano de Concepción,

como muestra la figura Nº 12, y sus condiciones de edificación se resumen en tabla Nº 2.

También se muestra la figura Nº 13 que contiene el Plano Regulador Comunal y su lugar

de aplicación, la zona C1.

Como se puede ver en la tabla Nº 2, el lugar es altamente susceptible a la posibilidad de

densificación del centro fundacional, si bien hoy los edificios de 2 y 3 pisos ocupan el

mayor porcentaje, en torno al eje Barros Arana y las plazas de Tribunales e

Independencia, se están edificando construcciones cada vez más altas. Los coeficientes

de ocupación de suelo y constructibilidad permiten ocupar todo el predio y construir 10

veces su superficie en altura, permitiendo fachada continua y adosamiento con los

deslindes vecinos; por lo tanto se puede determinar que hay muchos m2 por construir.

Esto ocurre en muchas ciudades de Chile y por lo tanto, determinar y corregir los planes

reguladores por medio de datos e indicadores de confort y calidad ambiental, pueden

mejorar los espacios públicos urbanos de Chile.

35    

Tabla Nº 2: Descripción de la ordenanza aplicada al sector de estudio. Fuente: Ordenanza PRCC (2013)

Como se menciona en este capítulo, este sector responde a una única zona climática

local (LCZ) denominada como “Compact midrise with bare rock or paved” o

“Edificación en media altura, compacta, con suelo pavimentado o rocoso” (Fondecyt Nº

1100657, 2011). Por lo que los cañones que se seleccionen dentro de esta área, estarán

sujetos a un mismo tipo de clima urbano, lo que significa que las consecuencias de las

diferencias de confort registradas, solo serán consecuencia de la morfología y

orientación.

36    

Como se puede ver en la figura Nº 12, el emplazamiento del damero ortogonal

fundacional de la ciudad de Concepción está girado aproximadamente en 45º respecto al

norte generándose así cañones NO - SE y SO - NE principalmente, excepto el eje de

calle Diagonal P. Aguirre Cerda que se emplaza en sentido O - E aproximadamente.

Figura Nº 12: Ubicación del centro metropolitano de la ciudad de Concepción.

Fuente: Elaboración propia, basado en PRCC (2013)

37    

Figura Nº 13: Plano Regulador Comunal de la ciudad de Concepción. Fuente: PRCC (2013)

Nota: A la izquierda de la figura se muestra un detalle del centro metropolitano de Concepción, zona

designada C1 (Centro 1), también denominado microcentro.

6.3_Selección de cañones urbanos a analizar

La orientación de un cañón puede influir en la radiación recibida y atrapada, como

también las diferencias de temperatura de las superficies y del aire (Zutter, 1999).

Diferencias en los resultados del estudio de Zutter (1999), Gromke et al (2008), Ali-

Tourdert (2006) y Dalman (2011) entre otros; demuestran la importancia de la

orientación y las diferencias que se generan con distintos cañones, por lo que la variedad

de los cañones estudiados enriquecen los resultados. Debido a esto, se escogen 9

cañones distribuidos en el centro metropolitano de Concepción, principalmente en

relación al denominado Eje Bicentenario que recorre desde la plaza España en el barrio

Estación, avanzando por Barros Arana hacia el Nor-Este pasando por la Plaza de la

Independencia, el Palacio de Tribunales y luego rematando en la diagonal Pedro Aguirre

Cerda y la Universidad de Concepción; representado en la figura Nº 14.

38    

Figura Nº 14: trazado del Eje Bicentenario, inscrito en el centro metropolitano de Concepción.

Fuente: Elaboración propia, basado en PRCC (2013) y entrevistas con Asesoría Urbana en desarrollo del

Plan Concepción 2020.

Nota: El Eje Bicentenario, es un desarrollo conceptual, de urbanizar de manera más amable con el peatón, y

poner en valor los principales hitos urbanos del centro histórico de la ciudad.

La importancia del Eje Bicentenario en relación al presente estudio, es que se vincula

con su objetivo fundamental de generar conocimiento para el diseño de mejores espacios

públicos en las ciudades, dado que aquí se está diseñando un plan de peatonalización de

las calles. De acuerdo a la información obtenida en entrevistas con Asesoría Urbana de

la I. Municipalidad de Concepción, el objetivo del Plan es restringir el acceso del

automóvil privado al centro urbano y potenciar el uso de medios de transporte público,

bicicleta, peatón, e incluso el diseño de un teleférico entre el centro y el cerro Caracol

por medio del Parque Ecuador, a los pies del mismo.

39    

Los cañones seleccionados son representados en la figura Nº 15, donde se denomina con

un número cada uno de los cañones, este número de cañón será el identificador para el

resto del trabajo.

Figura Nº 15: Cañones seleccionados y esquema de ubicación de puntos de control por cañón.

Fuente: Elaboración propia

Como se muestra en la figura Nº15, cada cañón, será dividido a su vez en tres puntos de

control; A, B, y C. Esto permite registrar de manera más precisa la rugosidad y

diferencias térmicas de cada cañón como lo mencionan autores como Zutter (1999),

Ali-Tourdert (2006), Chen et al (2013); Dalman (2011) y Peralmutter (2007). Estos

puntos de control serán utilizados y desarrollados en la metodología, pero

principalmente se basan en dividir el cañón en tres etapas a una altura de 150cm sobre la

superficie; altura en donde se encuentran mayoritariamente los órganos del ser humano,

los cuales actúan a modo de sensores del confort térmico.

40    

Los 9 cañones se indican en la figura Nº 16, la cual incluye una imagen ojo de pez a

150cm de altura desde un extremo del cañón y la ubicación referenciada de acuerdo a los

nombres de las calles, los cuales se destacan en la figura Nº 17. Más detalles de cada

cañón se verán en el proceso de metodología y resultados.

Figura Nº 16: Cañones seleccionados, imagen ojo de pez y ubicación urbana. Fuente: Elaboración propia.

41    

Figura Nº 17: Cañones seleccionados y calles en las que se emplazan. Fuente: Elaboración propia.

42    

7 - METODOLOGÍA

7.1_Estructura de la metodología

Como se mencionó en un comienzo, este estudio se basa en metodologías aplicadas,

destacando el proceso por sobre el resultado.

Para el desarrollo de la metodología se replica la idea conceptual de armar una

estructura, la cual se completa mediante el proceso de investigación.

Cruzando la base metodológica del Fondecyt #1130305, que hace referencia al cómo

estudiar y medir los aspectos morfológicos y atmosféricos de los cañones urbanos, con

el texto “Metodologías Bases” de R. Hidalgo (2013), que menciona las etapas teóricas

que debe considerar una metodología, se genera una estructura representada en el

esquema de la figura Nº 18.

43    

Figura Nº 18: esquema de desarrollo metodológico. Fuente: Elaboración propia

Nota: Este esquema se basa en la estructura inicial del estudio, que vincula al hombre, el clima y la ciudad.

La figura Nº 18 muestra el esquema metodológico que se utiliza para resolver los

objetivos generales y específicos del estudio enfocado en cómo trabajar con los cañones

urbanos y el confort térmico, por lo que se describen 3 etapas: análisis y mediciones

atmosféricas de los cañones (clima), mediciones y procesamiento de encuestas

perceptuales (hombre) y levantamiento, reconocimiento y procesamiento de los factores

propios del diseño urbano y sus edificaciones (ciudad).

44    

La metodología se basa en conceptos teóricos y reales, pero cada unidad se codifica con

un indicador con el fin de poder utilizar procesos estadísticos simples, capaces de ser

replicados por la mayor cantidad de actores relacionados en el desarrollo y diseño

urbano (geógrafos, arquitectos, urbanistas, etc.), siendo ésta la correlación de las

variables y la representación de sus resultados en cartografías 2d.

Estos indicadores son: el índice de confort térmico (ASV) y el índice perceptual de

confort térmico proveniente de las encuestas como indicadores del clima y como

indicadores del diseño urbano, el factor de sombra para responder a la orientación y un

factor de morfología (SVF) para incluir la rugosidad y proporción real de cada cañón.

Con esta estructura se construye un proyecto capaz de integrar factores de la geografía

física y humana, en un espacio determinado de condición plenamente urbana, el cual se

modela a partir de técnicas geomáticas.

7.2_Tabla de proceso metodológico

Para construir el proceso del desarrollo, dejando registro y a la vez una fuente dinámica

capaz de ser perfeccionada, se crea una tabla de doble entrada, con los cinco objetivos

específicos, cada uno desglosado en actividades, los insumos requeridos y los

indicadores y/o productos que resultan de cada actividad.

La tabla Nº 3 reúne todo el proceso metodológico, el cual se desglosa por actividades y

se sintetizan cada una en una breve descripción.

45    

Tabla Nº 3: tabla del proceso metodológico, cruce de objetivos y productos finales (P).

Fuente: Elaboración propia.

46    

7.3_Descripción de las etapas del proceso metodológico

A continuación se detallan cada una de las actividades necesarias para responder a cada

objetivo específico descrito en la tabla de proceso metodológico.

7.3.1_Objetivo 1: determinar y modelar tridimensionalmente distintos cañones

urbanos.

Es fundamental contar con todas las dimensiones (x, y, z) para poder trabajar la

información urbana, principalmente cuando se trata de orientaciones, proporciones

morfológicas y relaciones lleno – vacio.

Debido a que las ciudades en Chile son asimétricas en sus cañones, como se ve en la

Figura Nº 6 anteriormente descrita, cada edificación es distinta de la otra y eso genera

diversidad ambiental que no puede ser pasada por alto ya que es una variable que afecta

al urbanismo y la arquitectura nacional.

De este objetivo, se obtienen dos indicadores, el coeficiente de sombra que está

relacionado con la orientación, y el factor de apertura de cielo o Sky View Factor (SVF)

relacionado con la forma y proporción de visibilidad de cada cañón.

• Objetivo 1, Actividad 1: revisión de la literatura para determinar el área de

estudio.

Esta actividad utiliza como principal insumo la literatura en formato paper científico

destacando a los autores ya mencionados en capitulo Nº 6; Área de estudio.

Los indicadores que se cruzan para seleccionar el área de estudio son principalmente las

zonas climáticas locales de Oke, la cartografía de aproximación a islas de calor urbana

47    

(ICU) producidas por Hernández, V. (2013) del mismo Fondecyt por parte de la

Universidad de Chile, y el Plano Regulador Comunal de Concepción.

Esta actividad arroja como resultado un marco teórico vigente y un espacio geográfico

determinado para el desarrollo del estudio.

• Objetivo 1, Actividad 2: selección de polígono de estudio

Teniendo como principal insumo el resultado de la actividad 1, se agregan conceptos

teóricos de los objetivos del Fondecyt, para lograr estudiar un área urbana compleja

(densa, rugosa, variable), la cual también se revisa por medio de una Imagen Aster con

una resolución espacial de 30x30m y la interpretación del Plan Regulador Comunal de

Concepción; el estudio de esta información entrega como producto un polígono urbano

que contiene varios cañones en el centro fundacional de Concepción14.

• Objetivo 1, Actividad 3: selección de cañones

Se seleccionan los cañones a estudiar con el producto de la actividad Nº2, un polígono

definido, del cual se obtiene por medio de aportes del mismo Fondecyt, un modelo de

Datos LIDAR.

La densidad urbana juega un rol esencial en el diseño, la planificación y la

administración de las ciudades modernas (Gonzalez-Aguilera et al, 2013) y a pesar de

que las resoluciones espectrales y espaciales de la percepción remota activa han

mejorado, el uso de imágenes multiespectrales no es suficiente para la clasificación y

estudio de los componentes urbanos (Guan et al, 2012).

Se busca seleccionar cañones con distintas orientaciones, usos y proporciones.

                                                                                                                         14 Ver Figura Nº 10: Ubicación del centro metropolitano de la ciudad de Concepción.

 

48    

Los datos LIDAR se pueden describir como una nube de puntos en el espacio, cada uno

con una coordenada x, y, z. Para ejemplificarlo la figura Nº 19 representa los resultados

de esta actividad en los cañones seleccionados (ver figura Nº 15).

Como mencionan Hunt y Royal (2013) en este estudio se utilizaron datos LIDAR15

(Light Detection and Ranging) combinados con trabajos en terreno.

Figura Nº 19: Vista Nor – Poniente de calle Barros Arana, Concepción. Fuente: Elaboración propia

Nota: al fondo se aprecia la vegetación de la plaza de la Independencia y en color azul las alturas

máximas. Visualización por medio de Lidar Viewer de Envi 5 en representación de nube de puntos.

                                                                                                                         15 Datos LIDAR de Vuelo realizado por Digimapas, 2012. Densidad de 1 a 20 puntos por m2.

49    

• Objetivo 1, Actividad 4: trabajo en terreno

Esta actividad es fundamental para validar las decisiones tomadas de manera teórica y

remota basada en bibliografía, imágenes y sensores activos.

Como insumos de este proceso, se requirió de un equipo fotográfico para la obtención de

fotografías de cada cañón para así determinar el SVF o factor de apertura de cielo. El

método fotográfico utiliza como insumo un lente de ojo de pez para tomar una fotografía

en el sitio, la imagen proyecta el ambiente de manera hemisférica (3d) en un círculo

plano (2d), las fotografías luego se procesan en el software Photoshop CS6 para

convertir las imágenes de color en blanco y negro, ajustarles el brillo y contraste para

definir una línea de cielo16 y obtener la relación entre el cielo y lo construido (Chen,

2013). En este caso se utilizó un lente Sigma 4,5mm ojo de pez capaz de obtener

imágenes completamente circulares con una cámara réflex, Nikon D3200, todo esto

soportado por un trípode Nest, con nivel de burbuja y que alcanza una altura de 150cm

sobre el nivel de suelo, a la altura del sensor de la cámara.

La altura de disparo de la cámara es la misma altura en que la temperatura es registrada

(Svensson, 2004) y para mantener un orden de las imágenes tomadas en cada punto de

control de cada cañón, se posiciona la parte superior del obturador en dirección al norte.

La figura Nº 20 muestra el proceso en terreno.

                                                                                                                         16Las imágenes digitales se procesan por medio de Photoshop para recorte y desaturación de color, dejando las imágenes en blanco y negro, esto ayuda al SVF Calculator de Matlab, para obtener el coeficiente de apertura de cielo de manera más directa, con menos distorsiones por falta de contrastes.  

50    

Figura Nº 20: Disparo de imágenes ojo de pez, en terreno. Fuente: Henríquez y Lamarca (2013)

Nota: para lograr imágenes fijas, se programa la cámara con un temporizador en 2 segundos y con doble

disparo, se puede ver la cúpula superior del lente, propio de los 4,5mm.

La técnica fotográfica es particularmente apropiada para determinar SVF en casos reales

que deben considerar edificaciones de varios tamaños y diversas formas. La imagen

registra información que incluye la vegetación por ejemplo, lo que hace al SVF más

preciso en comparación a otros métodos que pueden generar errores bajo estas

circunstancias (Grimmond et al, 2001; Gal et al, 2007).

Estas imágenes son procesadas por medio del software SVFCalculator de Matlab, el

cual arroja valores de SVF en el estándar establecido por Holmer (2001) y reafirmado

por Svensson (2004). El producto final es el indicador de morfología del cañón (SVF), el

cual se registra en una planilla. Cabe destacar que por cada cañón, se toman tres

fotografías una en cada extremo y una al centro, todas en el eje longitudinal del cañón,

como muestra la figura Nº 15.

51    

• Objetivo 1, Actividad 5: modelamiento 3D

En la actividad anterior, además de fotografiar las aperturas de cielo, se revisó la

selección de cañones y se descartaron algunos por ser muy similares o poco

representativos de la ciudad y a la vez se seleccionaron dos nuevos, lo que generó que la

selección de los cañones fuese validada en una primera visita a terreno en conjunto con

el profesor guía, Cristián Henríquez.

Con los datos LIDAR como insumos, se visualizan con los software LIDAR viewer de

ENVI 5 y Fugro Viewer, luego se procesan los puntos con el software Global Mapper

13 para poder exportarlos en formato .DWG, lo que permite su manejo en el software

AutoCAD 2013.

El proceso anterior se hace necesario ya que al generar la malla virtual que cubre los

puntos por medio de un proceso TIN, el resultado es un modelo compuesto por miles de

caras, las cuales no necesariamente representan de la mejor manera la geometría urbana

real. El objetivo principal del modelado tridimensional es obtener una maqueta 3D

completa de todo el polígono de estudio, sus edificaciones, cañones y el contexto más

próximo de una manera geométrica simple (con pocas caras), para poder trabajarlo en el

software Ecotect 2011.

Una vez en Ecotect 2011, se obtienen dos datos claves: la radiación solar, que es

necesaria para incorporarla en la fórmula de confort térmico (ASV) y el factor de sombra

para cada punto de control; estos datos son necesarios para determinar la relación del

confort térmico con la orientación de cada cañón.

Ecotect 2011 es un programa que genera modelos numéricos de alta precisión, por lo

que exige que se introduzcan modelos simples con el fin de poder utilizar la capacidad

técnica de los computadores en la obtención de los datos más que en la lectura del

modelo.

52    

La figura Nº 21 muestra el proceso de pulido y simplificación de los volúmenes que

componen la ciudad, sin perder la singularidad de proporciones de cada edificación.

Figura Nº 21: proceso de simplificación y modelado 3D, LIDAR Viewer ENVI 5 y AutoCad 2013.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: Cada punto registra una coordenada x, y, z, por lo tanto en AutoCad se lee cada coordenada de un

plano y se extruye el perímetro del edificio con la altura registrada en las propiedades de cada punto

seleccionado. Luego es visualizada de manera fugada en Sketchup pro 8.

Esta etapa finaliza con dos indicadores urbanos, SVF como morfología y factor de

sombra para el verano, como orientación.

53    

7.3.2_Objetivo 2: modelar físicamente el confort térmico.

Por medio de la obtención y registro de datos atmosféricos en terreno se obtiene

información que es correlacionada con otros indicadores urbanos. Por medio de una

fórmula de los datos registrados se calcula el confort térmico de cada cañón.

De este objetivo se obtiene el indicador de confort térmico ASV

• Objetivo 2, Actividad 1: revisión de la literatura para utilizar la fórmula

más apropiada

Con la revisión de la literatura como se mencionó en el capítulo del marco teórico, es

más preciso utilizar fórmulas con datos registrados en terreno en vez de usar datos

estandarizados para cada ciudad, sobre todo si se piensa en una micro escala, es por ello

que se utiliza la fórmula de Nikolopoulou et al, (2004) que se resume en:

ASV = (0,049 Tº air) + (0,001 Rad) – (0,051 Vel v.) + (0,014 HR) – 2,07917

Donde (Tº air) = temperatura del aire, (Rad) = radiación solar, (Vel v.) = velocidad del viento y (HR) = humedad relativa. Este objetivo tiene como resultado final un indicador de confort térmico basado en la

fórmula de Nikolopoulou et al, (2004) y el ASV.

• Objetivo 2, Actividad 2: analizar el clima de Concepción

Como marco climático se utilizan las definiciones del clima de Concepción de Romero

(1985) y la fuente digital del US Energy Department, visualizando por medio del

módulo Weather Tool de Ecotect 2011 para la ciudad de Concepción los datos generales

en divisiones semanales de temperaturas máximas, promedio y mínimas, humedad

relativa, radiación solar directa y difusa, velocidad promedio del viento y promedio de

nubosidad.                                                                                                                          17ASV: donde (Tº air) = temperatura del aire, (Rad) = radiación solar, (Vel v.) = velocidad del viento y (HR) = humedad relativa.

54    

Como el objetivo es determinar el confort térmico en cada microclima producido por

cada cañón, estos datos solo son referenciales y en este caso fueron útiles para

determinar los días de registro de datos en terreno, como por ejemplo la semana más

calurosa del año, en la cual se trabajó registrando los datos con estaciones móviles.

• Objetivo 2, Actividad 3: registro de datos atmosféricos en terreno

Se levantaron los siguientes datos atmosféricos para cada punto de control de los 9

cañones.

A_ Temperatura ambiente (en grados Celsius)

B_ Humedad Relativa (en porcentaje)

C_ Velocidad del viento (en metros por segundo)

D_ Dirección del viento (en sentido de coordenada)

E_ Radiación solar (en watt por metro cuadrado)

Para los datos A, B, C y D se utilizaron 3 estaciones móviles Extech (Mini thermo

Anemometer) de manera simultánea en tres horarios, a las 10:00 hrs., a las 14:00 hrs. y a

las 22:00 hrs. Para realizar la toma simultánea, se midieron los tiempos de registro de

datos y se estableció un promedio de 30 minutos para cubrir el recorrido completo por

los 27 puntos de control, por lo que se comenzó 15 minutos antes de la hora señalada y

se terminó 15 minutos después. Los datos de Radiación solar se obtienen por medio de

Ecotect 2011 con el modelo 3D y la base climática predefinida para Concepción. Junto

con esto, se registró la dirección del viento en cada punto de control.

Estos datos fueron registrados en fichas preparadas para cada cañón, como se ve un

fragmento de éstas en la Tabla Nº 4.

55    

Tabla Nº 4: Tabla de datos atmosféricos registrados en terreno. Fuente: Elaboración propia.

Nota: este es un extracto de la ficha completa, en esta figura se muestran los registros de los primeros tres

cañones.

• Objetivo 2, Actividad 4: modelo físico (cuantitativo) del confort térmico de cada

cañón, cálculo de datos.

Para aplicar la fórmula de ASV solo falta obtener el valor de radiación (W/m2), que se

generó digitalmente por medio de Ecotect 2011, construyendo una retícula de análisis a

una altura de 150cm sobre el nivel de la superficie y desplazando el modelo con el

mismo día y hora que se hicieron los levantamientos (14:00hrs, 14 de Enero, año 2014).

Para este registro, se modelaron árboles en forma de cono invertido o trompo,

sintetizando su forma, pero utilizando los parámetros de altura y anchos de copa a partir

de los datos LIDAR.

Con los datos registrados, más la radiación, esta actividad finaliza en una planilla con un

valor ASV para cada cañón, consiguiendo así los datos cuantitativos del confort térmico

para cada cañón.

56    

7.3.3_Objetivo 3: modelar perceptualmente el confort térmico en los cañones

urbanos seleccionados.

Se evaluarán 301 encuestas distribuidas en los 9 cañones seleccionados, estas encuestas

serán correlacionadas con los resultados físicos (cuantitativos) para reflejar la cantidad

de varianza explicada y no explicada en cada caso.

De este objetivo se obtiene el indicador de confort térmico perceptual.

• Objetivo 3, Actividad 1: recopilación de información

Esta actividad, al igual que en los objetivos anteriores, revisa bibliografía respecto a las

mediciones del confort térmico en los cañones urbanos, por medio de la percepción de

las personas. Autores como Cheng (2008), Nikolopoulou et al (2004) y Mayer et al

(2008), mencionan la importancia del confort térmico humano para estudios del micro

clima urbano.

Con el fin de poder generar una metodología equilibrada en los ámbitos de la geografía

física y la geografía humana, se incluyen encuestas como un indicador de percepción del

confort térmico y sus resultados son correlacionados con los datos cuantitativos y

morfológicos ya obtenidos. Para el levantamiento de encuestas, se organizó un recorrido

similar al descrito anteriormente pasando por los 27 puntos de control seleccionados,

generando un total de 301 encuestas, para tener una muestra mínima, representativa

estadísticamente. Estas encuestas se distribuyeron por los puntos de control en partes

iguales, dejando 11 encuestas por cada punto. El horario de las encuestas se llevó a cabo

entre las 13:00 y 16:00 hrs, quedando registrado en torno a las 14:00hrs, el horario

específico de cada encuesta.

La encuesta se diseñó en base a Cheng (2008), traduciéndola al español y adecuándola a

la idiosincrasia chilena, además con el fin de agilizar el proceso de consultas, se alteró

gráficamente para una lectura simultánea entre el encuestador y el encuestado, logrando

57    

incluso que el encuestado responda sin necesidad de escuchar las alternativas. La

encuesta utilizada se muestra en la tabla Nº 5.

Tabla Nº5: encuesta de confort térmico. Fuente: Modificada de Cheng, (2008).

Nota: el valor cero indica confort, los valores -2 y + 2 indican disconfort, y los registros entre 0 y 2 son

valores intermedios. Con valores menores a -1 y mayores a +1 se establece que la persona está en estado

de disconfort.

58    

• Objetivo 3, Actividad 2: trabajo en terreno

Ya se mencionó que el recorrido involucra los 27 puntos de control de los 9 cañones

seleccionados y para recolectar la información de manera lo más simultanea posible, se

configuró un equipo de trabajo en terreno de 3 integrantes, con las encuestas y la

cartografía de terreno impresas18.

Debido a la gráfica de fácil comprensión de los estados de confort lograda para las

encuestas, estas se realizaron en un tiempo acotado que representa el momento de mayor

calor percibido durante el día 14 de Enero de 2014. Como representación gráfica del

proceso, se muestra la figura Nº 22.

Figura Nº 22: encuesta de confort térmico en terreno. Fuente: Elaboración propia

Nota: los encuestados indican gráficamente su estado de confort respecto a las preguntas que hace la

encuestadora, esto agiliza el proceso acotando el tiempo.

                                                                                                                         18En esta actividad los integrantes fueron Emilia Fercovic, Sebastián Rodríguez, estudiantes de la carrera de Geografía de la Pontifica Universidad Católica de Chile y el tesista, Cristóbal Lamarca.  

59    

7.3.4_Descripción actividades objetivo específico Nº 4: comparar y cruzar los

resultados obtenidos por medio de correlación de variables, y objetivo específico

Nº 5: interpretar y representar gráficamente los resultados y comparaciones

obtenidas.

Para el objetivo específico Nº 4 se cruzaron cuatro indicadores, dos morfológicos y dos

de confort térmico con el fin de obtener información para generar estrategias de diseño

urbano sustentable comprobadas de manera empírica.

Para la obtención de los datos cuantitativos y cualitativos, se solicitó ayuda estadística a

John Treimun19, Geógrafo y Matemático PUC, integrante del equipo del Fondecyt

#1130305 enfocado principalmente en manejo y procesamiento de datos,

normalizaciones e interpolaciones de los datos levantados.

Este trabajo se realizó con los datos registrados en terreno, los cuales están compuestos

por las coordenadas de los puntos de control; tabulados junto a los resultados de las

encuestas realizadas para estimar el confort en cada cañón urbano estudiado, los

polígonos de la superficie definida por cada cañón y los valores correspondientes a la

modelación de la variable ASV en cada punto de control.

De esta forma se realizó una etapa de pre tratamiento y homologación de los datos, en la

que se normalizaron las variables y se llevaron al formato vectorial nativo del software

de análisis espacial ArcGis de ESRI. Y posteriormente, con el objetivo de encontrar un

valor único de cada variable de análisis por cañón urbano estudiado, se diseñó una

metodología basada en la espacialización de la variable analizada, obteniendo de forma

automática dicho valor para todos los cañones urbanos seleccionados.

A continuación se sintetizan las etapas siguientes en un flujo de procesos en la figura

Nº 23, la que expone los principales componentes de cada una de ellas. Posteriormente,

se detallan las etapas y sus componentes.

                                                                                                                         19John Treimun realizó esta etapa metodológica con el objetivo de simplificar la información registrada por los datos atmosféricos y perceptuales, normalizándolos para poder correlacionarlos en mismas escalas de confort, entre 0 y 1.

60    

Figura Nº 23: flujo metodológico diseñado para obtener cartografías de las variables analizadas.

Fuente: Elaboración de John Treimun (2014).

Los pasos seguidos se sintetizan en la serie de procesos que se detalla a continuación:

1. La importación de la información tabulada se realizó con las herramientas de

conversión de formato de ArcGis, generando coberturas vectoriales de las

variables de análisis (puntos) y los cañones urbanos (polígonos)

2. Se definió el sistema de coordenadas geográficas como el WGS 1984, huso 18,

UTM.

3. Se anexaron ambas coberturas de puntos según el identificador espacial de cada

cañón y puntos de control.

Realizados estos procesos, se obtuvieron dos coberturas: la primera cobertura de puntos

con la información levantada en terreno y la segunda cobertura que corresponde a los

polígonos de cada cañón urbano.

La escala utilizada para el ASV y las encuestas se basan en escalas simétricas con valores

positivos y negativos para la evaluación del confort según la bibliografía citada, es por

ello que se reclasificó la información levantada utilizando una escala ponderada con los

valores absolutos de las respuestas de cada encuesta y resultados de la formula ASV.

Datos, registrados en terreno

Espacialización

Cobertura de puntos

Reclasificación

Cobertura de puntos

normalizada Interpolación espacial IDW

Superficie interpolada por cañón

urbano

Estadísticas zonales

Cobertura de poligonos normalizada con valores entre 0 y 1 para cada

cañón urbano

61    

La escala absoluta ponderada se encuentra compuesta por los siguientes procesos:

1. Se obtuvo el valor promedio de cada pregunta correspondiente a las encuestas

realizadas en los cañones por punto de control seleccionado, resultando una

encuesta representativa con el valor promedio de cada evaluación entregada por

los entrevistados, lo mismo se aplicó para el ASV.

2. Se obtuvieron los valores absolutos de las evaluaciones obtenidas a partir de la

encuesta representativa o promedio, conceptualizando cada evaluación como una

distancia desde el valor cero (máximo confort) hasta el valor uno (mínimo

confort).

3. Se reclasificaron las evaluaciones de la encuesta promedio por cañón urbano

utilizando sus valores absolutos ponderados20.

Para lograr la interpolación cartográfica, se utilizó la información de la cobertura puntual

generada, integrada a la cobertura con los polígonos de cada cañón, se procedió a

generar una superficie continua en la que se interpola o infiere espacialmente la

percepción del confort y/o la ASV. Para ello se definió la conceptualización espacial

mediante los siguientes criterios:

1. La distancia que se consideró fue la distancia euclidiana

2. La variable analizada decrece inversamente a la distancia desde su origen o

localización

3. La vecindad de cada punto se define por los 4 vecinos más próximos en un radio

de 120m (equivalente a la longitud de una manzana y sus calzadas).

4. Se usó como límite o barrera de la interpolación el perímetro de cada cañón

urbano y el tamaño de la celda o pixel considerado fue de 2m.

                                                                                                                         20Para representar el máximo confort se mantuvo el valor 0 (cero), y para representar el mayor disconfort, sea negativo o positivo, se estableció el valor máximo 1 (uno).

62    

5. La interpolación, fue de tipo IDW, la más ajustada al caso, al tratarse de

distancias en las coordenadas X e Y (sin alturas).

“Utilizando estos criterios se generó la superficie de ambas variables (encuestas y ASV),

las que junto a los polígonos de cada cañón fue posible encontrar un valor único

representativo. Para obtener el valor único de referencia para realizar comparaciones

espaciales se utilizó la herramienta Zonal Statistics de ArcGis (ArcToolbox -

>SpatialAnalyst Tools ->Zonal), usando como datos de entrada las superficies generadas

y las zonas definidas por cada cañón urbano. La herramienta permite obtener diferentes

estadísticos descriptivos de la muestra compuesta por los pixeles de cada superficie. De

esta forma, fue posible anexarle a la cobertura de polígonos de cañones urbanos sus

correspondientes valores máximos, mínimos y promedios, en relación a la variable de

análisis considerada” (John Treimun)

Para el objetivo específico Nº 5 se buscó transmitir los resultados de forma sencilla, si

bien el proceso puede ser complejo, el resultado debe ser de fácil difusión y

comprensión por parte de los lectores, ya que con estrategias de representación

sintetizadas aumenta la posibilidad de que factores geográficos sean incorporados a los

planos reguladores y sistemas de organización espacial.

63    

8 - RESULTADOS

8.1_ Cañones urbanos, orientación en la trama urbana y proporción entre

edificaciones (Urbanos).

De acuerdo al objetivo específico Nº 121, dos indicadores son obtenidos por medio del

modelado del área seleccionada, el Factor de apertura de cielo (SVF) y el coeficiente de

sombra. Estos resultados se obtuvieron de manera independiente y luego se

correlacionaron. Se exponen los resultados de cada indicador individualmente y luego su

correlación.

8.1.1_Factor de apertura de cielo (Sky View Factor)

Para obtener el coeficiente de SVF se empleó el método de Grimmond et al

(2001); Gal et al (2007), en Chen (2013) descrito en la actividad 4, del objetivo 1, del

capítulo 7.

Los resultados son expuestos de manera gráfica y numérica en las figuras Nº 24 y Nº 25.

                                                                                                                         21Objetivo específico Nº 1: determinar y modelar tridimensionalmente distintos cañones urbanos.

64    

Figura Nº 24: ficha tipo cañón Nº 9. Fuente: Elaboración propia.

Nota: Para cada cañón se desarrolló una ficha compuesta por una planimetría base, una vista frontal del

cañón y tres imágenes ojo de pez, una en cada punto de control del cañón. Estos puntos están graficados

en la planimetría base “emplazamiento” con letras A, B y C. Bajo las tres imágenes, se muestran los tres

resultados obtenidos al calcular los coeficientes, estos se muestran en la tabla superior de la imagen y el

promedio obtenido, siendo ese el resultado de un cañón en específico.

En este caso se muestra el cañón número 9, el SVF obtenido es de 0,71767. El factor 1 representa un

espacio completamente abierto y el factor 0 un espacio completamente cerrado, en este caso un 71% del

espacio está abierto al cielo.

65    

El promedio del SVF de los tres puntos de control de cada cañón se grafican en la figura

Nº 25.

Figura Nº 25: Resultados de Sky View Factor, tabla de resultados y gráfico de barras.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: podemos destacar los dos cañones extremos, el Nº7 de bajo factor, debido a que es un cañón

peatonal intervenido por el proyecto de las “Tulipas” (cubiertas), idealmente diseñado para aumentar el

comercio en invierno y el cañón Nº 9 que tiene la mayor apertura al cielo y está compuesto por una calle

vehicular y un paseo peatonal.

66    

8.1.2_Factor de sombra

Para poder generar una cartografía de sombras con coeficientes por cada celda de

estudio de 2x2m, es necesario el proceso de los datos LIDAR, para lograr un modelo

tridimensional de caras simples, pero representativas de la proporción urbana real, esto

fue desarrollado en la actividad 5, del objetivo 1, capítulo 7, y a modo de resumen, se

muestra la figura Nº 26.

Figura Nº 26: secuencia de modelado 3D. Fuente: Elaboración propia.

Nota: proceso de modelado 3d a partir de la nube de puntos (NDP) obtenidas por los datos LIDAR, estos

son superpuestos con una imagen raster en Autocad, luego se modela y exporta a Sketchup, en donde se

traza una grilla virtual a 150cm sobre la superficie, la cual será analizada en Ecotect.

67    

Un ejemplo gráfico de cómo se transforma de NDP a modelo de caras planas 3d, se

muestra en la figura Nº 27.

Figura Nº 27: modelo 3D resultante a partir de los datos LIDAR. Fuente: Elaboración propia.

Nota: se muestra un mismo encuadre del centro metropolitano de Concepción en vista aérea de oriente a

poniente en tres modos, nube de puntos (NDP) original, modelo TIN generado automáticamente a partir

de NDP y por último el modelo final de caras simples producto del proceso de modelado 3D.

El segundo indicador que se obtiene como resultado morfológico es el factor de sombra,

el cual indica en una escala del 0 al 122, la cantidad de sombra percibida por un espacio

determinado. Para logar una correlación equilibrada en tiempo y fecha, se utilizó la

sombra proyectada por la obstrucción de la luz solar para el mismo día y hora del

registro de datos atmosféricos y la encuesta, el día 14 de enero a las 14:00 hrs.

                                                                                                                         22Factor de sombra: en una escala de 0 a 1 se representa el porcentaje de sombra proyectada en la superficie. 1 equivale a completamente sombreado y 0 equivale a completamente expuesto.  

68    

También se obtuvieron los datos para las 10:00hrs y las 22:00hrs, en este último horario

el valor fue 1 para todos los cañones por ser medido después de la puesta de sol, los

valores de las 10:00hrs, sirven para probar correlaciones y futuros estudios.

En la figura Nº 28, se muestran los resultados obtenidos por medio del análisis de la

exposición solar usando Ecotect. Más abajo en la figura Nº 29 se muestra la cartografía

arrojada por el software, cada celda trae un valor, el cual se ha seleccionado utilizando

como referencia los puntos de control A, B y C de cada cañón.

Figura Nº 28: resultados de porcentaje de sombra, tabla de resultados y gráfico de barras.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: los valores del coeficiente de sombra para los 9 cañones, a mayor valor mayor sombra es percibida

en ese cañón.

En la figura Nº 29 se puede ver que los cañones en sentido transversal (NO-SE) son más

sombreados que los cañones longitudinales (SO-NE), los cuales representan una mayor

exposición solar en la superficie.

69    

Figura Nº 29: Cartografía de sombras. Fuente: Elaboración propia.

Nota: esta cartografía se logra a partir de la importación del modelo tridimensional obtenido por el proceso

de los datos LIDAR en Ecotect. Las celdas amarillas representan más exposición y las azules más sombra

(menos exposición).

8.1.3_Correlaciones entre SVF y Coeficiente de sombra

Los indicadores morfológicos urbanos (SVF y Coef. de sombra) son procesados por

medio de cálculos simples de estadística inferencial, que mide cómo una variable influye

en otra. Se evalúan los coeficientes de correlación (R) para determinar si una variable

influye en otra, y de qué manera lo hace; directa o inversa. También se calcularon los

coeficientes de determinación (r2) para ver que tan fuerte es esa influencia.

En este estudio se utilizaron 27 valores por variables que indican los datos de cada punto

de control, de los cuales se obtuvieron promedios por cañón, estos resultados se

muestran en la figura Nº 30.

70    

Figura Nº 30: correlación y determinación de las variables urbanas para los 9 cañones.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: las líneas de tendencia muestran una relación inversa, a pesar del dato anómalo correspondiente al

cañón Nº 7, el cual se explica por la intervención “Las Tulipas”.

Al revisar la figura Nº 30 se ve que existe una fuerte correlación (R) entre el SVF y el

coeficiente de sombra, explicándose la una a la otra de manera inversa y con un

coeficiente de determinación (r2) de un 82%; a mayor apertura de cielo, menor

porcentaje del cañón es sombreado.

71    

Este estudio incluyó el proyecto del cañón Nº7, en calle Barros Arana, entre Colo-Colo

y Castellón que se muestra en la figura Nº 31, el cual fue implementado por la

municipalidad de Concepción durante los años 2009 – 2010, y que originalmente se

llamaba “Plaza de Invierno: cubierta Barros Arana” pero que es conocida hoy como “las

Tulipas”. El proyecto fue diseñado con la intención de mejorar el espacio público en

invierno, pero que generó un efecto negativo para los ciudadanos al no considerar todas

las variables climáticas, urbanas y sociales asociadas al espacio público23.

Figura Nº 31: Intervención “Las Tulipas” en paseo peatonal del cañón Nº7. Fuente: Elaboración propia.

                                                                                                                         23 Según la Dirección de Obras Municipales de Concepción, este un proyecto que se diseñó para albergar el espacio público peatonal del microcentro en días de lluvias; pero el resultado no fue el esperado ya que han recibido comentarios en contra del proyecto argumentando que el espacio se moja de todas formas debido a que el agua captada es arrojada al suelo urbano sobre el pavimento, aumentando la escorrentía superficial lo que sumado al bloqueo del sol, genera un espacio húmedo y oscuro.

72    

8.2_Fórmula de confort térmico urbano (Físicos).

Antes de describir los resultados cuantitativos obtenidos en terreno, los cuales se

aplicaron a la formula de confort ASV, se muestra la figura Nº 32, donde se representa el

resultado obtenido al procesar el modelo digital tridimensional por medio Ecotect para

obtener los valores de radiación solar de los cañones, estos valores son registrados y

aplicados a la fórmula, como fue descrito anteriormente.

Figura Nº 32: cartografía de radiación solar (directa y difusa) del polígono de estudio para el 14 de Enero

a las 14.00hrs.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: esta figura muestra las diferencias que produce la orientación de los cañones, cada pixel tiene un

valor, para el cálculo se utilizaron los pixeles ubicados en los puntos de control. El color amarillo

representa más radiación, y el color azul menor radiación.

73    

Utilizando el procesamiento de datos de John Treimun descrito en la metodología, los

valores obtenidos en terreno, registrados en fichas (ver tabla Nº 4), indican los siguientes

valores por cañón para el confort ASV, los cuales se muestran en la siguiente figura

Nº33.

Figura Nº 33: los valores del confort térmico según la fórmula ASV de Nikolopoulou et al (2004).

Fuente: Elaboración propia.

Nota: La figura muestra los resultados en tabla y gráfico de barras para los 9 cañones, mientras menor es

el índice de ASV, mejor es el confort del cañón. Para graficar de manera más simple, se han categorizado

tres colores, el verde para los cañones confortables, el naranjo para los cañones menos confortables y el

color rojo para los cañones que representan disconfort, en este caso el cañón Nº 7.

Para cartografiar la especialización de los datos obtenidos por el índice de confort del

ASV se generó la figura Nº 34, la cual representa el confort térmico de cada cañón

seleccionado para las 14:00hrs del 14 de Enero del 2014.

74    

Figura Nº 34: cartografía del confort térmico según la fórmula ASV de Nikolopoulou et al, (2004).

Fuente: Elaboración propia a partir de interpolación de John Treimun (2014).

Nota: en cartografía, se indican los puntos de control y se grafica el confort por medio de una rampa de

colores que va de verde, máximo confort, al rojo que representa mínimo confort. Luego de la ponderación

de la escala se define el valor 0,250 como el umbral del confort, sobre ese número el lugar analizado deja

de ser un lugar completamente confortable.

En la figura Nº 34, podemos apreciar que los cañones con eje SO-NE presentan mayor

disconfort (orientación del futuro eje bicentenario), destacando el cañón Nº7, el cual

representa el mayor valor de disconfort a pesar de ser cubierto24. También se observa

como resultado, que los extremos cercanos a la plaza son menos confortables en los

cañones Nº 2 y Nº 8, estos extremos no tienen edificaciones que les obstruya la radiación

                                                                                                                         24La fórmula lo identifica como un lugar de baja temperatura y radiación solar, con fuertes vientos y alta humedad relativa, considerándolo como un lugar disconfortable por el frío, ausencia de temperatura.

75    

solar, por lo que al estar más expuestos, aumenta su factor en la fórmula y se representan

en la cartografía, como menos confortables.

En el siguiente capítulo se compara la modelación del confort cuantitativo con datos

cualitativos obtenidos de las encuestas para ver la certeza de la fórmula aplicada, y su

relación con la percepción.

El viento es un factor atmosférico que considera el ASV sólo en sentido de velocidad, no

en dirección. La velocidad del viento es una variable significativa que forma parte del

indicador de confort (Cheng 2008). Esto se ha incorporado en el estudio por medio del

ASV y las encuestas.

Los datos de la dirección del viento en el terreno se resumen en la figura Nº 35, en ella

se muestran las dinámicas de los vientos, y los cambios producidos por la ciudad,

considerando que menos de la mitad de los sentidos registrados son NE, de componente

SO. Como muestran los gráficos entregados por el U.S. Energy Department, por medio

del Weather Tool de Ecotect 2011 para Concepción.

Figura Nº 35: esquema de vientos para Concepción. Fuente: Elaboración propia.

Nota: el gráfico de la izquierda representa la cantidad de puntos registrados del sentido del viento a 150cm

sobre el nivel de suelo en los cañones estudiados; los gráficos del centro y derecha, muestran las

componentes y temperaturas del viento para Enero y Julio a las 14:00 hrs, respectivamente. Durante el año

el viento cambia de temperaturas, pero se mantiene en un eje principalmente SW – NE, al igual que los

datos registrados en terreno.

76    

8.3_Encuestas de percepción del confort térmico (resultados perceptuales).

En la descripción del proceso metodológico del objetivo Nº 4, se explicó el proceso de

normalización de las variables para poder entregar una información que permita, de

manera sencilla establecer una relación entre ellas, obteniendo de cada indicador un

valor entre 0 y 1.

Utilizando los datos de las 301 encuestas realizadas en terreno, se genera la figura Nº 36.

Figura Nº 36: Los valores del confort térmico según las encuestas perceptuales.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: Se muestran los resultados en tabla y gráfico de barras para los 9 cañones, mientras menor es el

índice de la encuesta, mejor es el confort del cañón. Luego de la ponderación de la escala se define el

valor 0,250 como el umbral del confort, sobre ese número el lugar analizado deja de ser un lugar

completamente confortable.

Además de los datos obtenidos de las preguntas en relación al confort, se registraron 5

caracterizaciones de los encuestados, tales como edad, sexo, contextura, vestimenta y

tipo de usuario. Estos resultados se muestran en la figura Nº 37.

77    

Figura Nº 37: Gráficos de la encuesta realizada, características de los encuestados.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: demuestra lo aleatoria que fue la muestra de los habitantes del centro metropolitano de Concepción.

Del mismo modo, se han especializado los datos por medio de una interpolación IDW

de los valores promedios de cada punto de control, generando la cartografía que se

muestra en la figura Nº 38.

78    

Figura Nº 38: cartografía del confort térmico perceptual.

Fuente: Elaboración propia a partir de interpolación de John Treimun (2014)

Nota: en cartografía se indican los puntos de control y se grafica el confort por medio de una rampa de

colores que va de verde, máximo confort, al rojo que representa mínimo confort.

Nuevamente podemos apreciar que los ejes SO-NE representan menor confort térmico

percibido, los cañones NO-SE son más confortables y también se aprecia las diferencias

inter cañón. Ambos modelos de confort térmico (físico y perceptual) representan estas

diferencias, pero a pesar de ello no existe una correlación entre los valores

cartografiados. En el siguiente subcapítulo 8.3, se comparan los valores obtenidos para

cada cañón en el modelo de confort físico y el modelo perceptual en base a encuestas.

79    

Durante el proceso de las encuestas se registraron observaciones de los encuestados25

que hacían referencia al tiempo meteorológico y otras ciudades. Por ejemplo, se

mencionó por parte de un encuestado que “…ahora hace más calor que antes, antes era

más fresco” refiriéndose a sensaciones de años anteriores, lo que se vincula con el

calentamiento global descrito en el marco teórico. Otro de los encuestados, proveniente

de Santiago mencionó que “…acá no hace tanto calor como en Santiago, acá es fresco,

corre viento”, aludiendo a la diferencia del clima costero en contraposición con la

situación de valle interior de Santiago. De estas observaciones se infiere que la

percepción de los habitantes está ligada a la costumbre del clima en donde se habita.

8.4_Interpretación de correlaciones entre datos del diseño urbano, la fórmula de

datos físicos y la percepción de los habitantes.

Los datos obtenidos independientemente son trabajados de manera conjunta por medio

de una matriz de correlación de sus valores, en esta matriz se incluyen los indicadores

que construyen la estructura del estudio, estos son indicadores de ciudad (SVF y Coef.

de sombra), del microclima (ASV) y de la percepción humana (encuestas).

Tabla Nº 6. Matriz de correlación de los resultados obtenidos. Fuente: Elaboración propia.

Nota: el color amarillo representa los indicadores de morfología y orientación, el indicador naranjo

representa datos atmosféricos cuantitativos para el confort térmico físico y el color rojo, representa datos

de percepción humana para el confort térmico perceptual.                                                                                                                          25Los encuestados entregaron información perceptual, pero no sus nombres, por lo que las encuestas son anónimas.

80    

Como interpretación de la matriz de correlación se detallan las siguientes explicaciones

de varianzas.

Los indicadores urbanos de morfología y orientación de cañones tienen una fuerte

correlación inversa, a mayor SVF menor superficie sombreada, y el coeficiente de

determinación (r2) de estos dos datos es de 0,822 lo que se puede leer como una

influencia de un 82% de una variable con la otra.

Con respecto a la correlación entre los indicadores del confort (ASV y encuestas), éstos

muestran un valor de r2 0,072, lo que indica que el método de modelado del confort

cualitativo no tiene influencia sobre el método de modelado del confort cuantitativo.

Este resultado es muy importante para determinar los futuros métodos de modelación del

confort en relación a las características morfológicas y de la orientación de los cañones

urbanos, ya que la percepción de los habitantes es muy diferente de lo que puede ser

cuantificado físicamente, esto reafirma que lo modelos de confort generados sólo en

base a modelos numéricos no representan necesariamente la realidad.

Los resultados obtenidos se procesaron y especializaron para generar cartografías de

cada tipo de modelo, lo que permite una comparación visual de los resultados

cualitativos versus los cuantitativos. Ver figura Nº 39.

81    

Figura Nº 39: comparación de modelos de confort térmico, físico y perceptual.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: arriba a la izquierda, se representa el modelo cuantitativo y arriba a la derecha, el modelo

cualitativo. Abajo se realizó una superposición de las dos cartografías por medio del método “multiplicar”

de Photoshop, que permite ver el total de color de cada cañón superpuestos de manera simultánea.

82    

Al comparar los cañones de la figura Nº 39, se consideran los siguientes lineamientos.

a) Según la matriz de coeficiente de correlación, no existe una clara correlación

entre el modelo perceptual (cualitativo) y el físico (cuantitativo). Sin embargo al

revisar el resultado cartográfico superponiendo ambas planimetrías de confort;

físico y perceptual (ver figuras 34 y 38 respectivamente) se observa que sí existe

una relación entre ambos resultados. Los cañones Nº 2, 5 y 6 presentan valores

equivalentes en ambos resultados cartográficos.

b) Los resultados obtenidos a partir de los valores cuantitativos son más

confortables que los obtenidos por los valores cualitativos, por lo que la

percepción de los habitantes es menos confortable que lo que muestran los

modelos numéricos26.

c) Los dos modelos muestran una tendencia a percibir mejor confort térmico en los

cañones NO-SE versus los cañones SO-NE; destaca el cañón Nº9, de la diagonal

Pedro Aguirre Cerda, el cual representa un buen índice de confort en ambos

modelos. Sus características formales y espaciales lo hacen un ejemplo idóneo

para generar espacios más confortables en los cañones urbanos.

d) El cañón Nº 7, en calle Barros Arana entre Colo-Colo y Castellón, intervenido

con el proyecto “Las Tulipas” no es valorado como espacio público por los

habitantes, ni tampoco por los resultados de los modelo físico y perceptual.

Por último, del cruce de indicadores morfológicos y de orientación con modelos

indicadores del confort térmico, se obtiene el siguiente resultado; el método cuantitativo

de registrar datos atmosféricos y aplicarlos por medio de la fórmula del ASV influye

determinantemente en los indicadores del SVF y el coeficiente de sombra, teniendo

valores de coeficiente de correlación de -0.814 y 0,713 respectivamente.

                                                                                                                         26Resultados para datos registrados en torno a las 14:00 hrs. (entre 13:00 y 16:00)

83    

De esto se puede inferir que mientras mayor sea el SVF, menor será el valor del confort

y mientras más bajo el valor del confort, más confortable es el lugar y que con mayor

coeficiente de sombra el confort será mayor.

Los cruces de indicadores morfológicos y de orientación urbana con los indicadores

cualitativos de las encuestas no tienen la consistencia suficiente para identificar

relaciones directas o inversas, simplemente no hay relación entre los datos cualitativos y

los cuantitativos. Para representar los 9 cañones, su posición, orientación, morfología y

resultados, se construye la figura Nº 40.

84    

Figura Nº 40: lamina mixta, indicadores urbanos, físicos y perceptuales. Fuente: Elaboración propia.

Nota: muestra el emplazamiento de los cañones, su proporción por medio de una fotografía, su orientación

y sus resultados en valores para cada variable estudiada. El SVF se representa con color amarillo, el

coeficiente de sombra en color azul oscuro, y los índices de confort físico y perceptual con tres colores:

verde para cañones confortables, naranjo para cañones inconfortables y color rojo para cañones muy

inconfortables. El cañón Nº 9 es el con mejores índices de confort en los dos modelos utilizados, este

cañón se constituye con alta apertura de cielo (SVF) y un bajo porcentaje de sombra a nivel del peatón,

estos buenos índices se pueden explicar por la mayor ventilación del cañón debido a sus proporciones y

orientación.

85    

9 - Consideraciones finales

9.1_De la metodología aplicada

La metodología diseñada para el desarrollo del estudio, funcionó continua y fluidamente.

Para su diseño se empleó mayor tiempo, pero esto permitió que una vez puesta en

marcha por medio de la tabla de actividades de cada objetivo específico, el estudio se

construyera de manera simple, completa y ordenada; pasando por todas las etapas y

obteniendo los productos necesarios para utilizarlos como insumos en las siguientes

actividades.

Al tener una metodología diseñada y dinámica (con capacidad de modificarse) se genera

una herramienta para la proyección de estudios asociados al mismo tema, pasando a ser

un resultado en sí misma.

Fue fundamental establecer parámetros, cantidades, viajes y tamaños abarcables para

una tesis proyectual, datos controlables y comprensibles.

En resumen, la metodología permitió responder a cómo modelar los cañones urbanos y

el confort térmico urbano y así también al cómo comparar estos indicadores.

9.2_De los resultados

Este tipo de resultados es de gran utilidad para los diseñadores urbanos, ya que la

planificación del microclima apropiado y el cuidadoso diseño de las zonas urbanas

pueden proporcionar protección contra los aspectos negativos y la exposición a los

aspectos positivos del clima, por lo tanto, aumentar el uso del espacio al aire libre

durante todo el año (Nikolopoulou et al, 2004).

Según la estructura del problema planteado, de los resultados se obtuvo una

consideración para cada pregunta.

86    

De la pregunta ¿cómo modelar cañones urbanos? el proceso de digitalización

tridimensional a partir de los datos LIDAR funcionó correctamente, se logró modelar la

esencia formal del espacio urbano seleccionado y se generó un modelo capaz de ser

importado y exportado por distintos softwares de modelado espacial, principalmente a

Ecotect. El mayor problema para futuros estudios es el alto costo económico que

significa la adquisición de los datos LIDAR, lo cual se consiguió con aportes del

Fondecyt. Además del caso de Concepción, se creó una metodología que puede ser

replicada para otras ciudades de la red propuesta por el Fondecyt.

Sin embargo, el proceso de simplificación tridimensional funciona en la medida en que

el área de estudio sea abarcable, ya que al no ser un proceso automatizado debe ser

llevado a cabo por un investigador con capacidad de discriminar los datos innecesarios

que sí son visualizados en la nube de puntos.

Para la pregunta ¿cómo modelar el confort térmico en los cañones urbanos?, se

respondió aplicando dos métodos basados en la literatura citada, uno fundamentalmente

físico y otro perceptual.

Para la pregunta ¿cómo comparar morfología con confort térmico?, el método de la

matriz de correlación funcionó bien debido a su simpleza y a la adecuada preparación y

normalización de los datos registrados. Se obtuvieron importantes correlaciones entre los

modelos tridimensionales de los cañones y el confort físico, pero se obtuvieron

resultados de baja correlación con los modelos del confort cualitativo basado en

encuestas que representan la percepción de cada persona.

Este resultado es muy importante ya que plantea una nueva problemática: ¿si los

modelos de percepción del confort térmico humano no son influidos por los datos

morfológicos27, entonces cómo podemos validar los modelos digitales de confort

térmico ampliamente utilizados?

                                                                                                                         27 Valores de correlación menores a 0,5

87    

9.3_De las aplicaciones de la geomática en la geografía urbana

El uso de sistemas de percepción remota como los datos LIDAR y las imágenes

satelitales, permiten reconstruir digitalmente la complejidad del espacio urbano para

estudios del espacio público. Su cualidad remota hace posible la obtención de datos

georreferenciados28 que a través de un levantamiento en terreno tomarían mucho tiempo

y en algunos casos, serían muy difíciles de obtener. Los trabajos en terreno permitieron

validar las dimensiones de la información entregada por el láser, ya que se verificaron

con huincha de medir. Se registraron anchos de calle, distancias entre árboles y alturas

de aleros sobre la vía pública siendo las estas distancias obtenidas con huincha

equivalentes a las obtenidas por láser.

Para el procesamiento de las nubes de puntos entregadas por el láser se trabajaron cerca

de 36.000 puntos incluyendo datos que se registran y distorsionan los resultados, como

autos, camiones, peatones, ferias itinerantes, etc. Para una modelación del espacio

urbano más simple y clara, el investigador debe prescindir de estos puntos que no

aportan información útil para el diseño urbano ya que no son objetos propios de cada

cañón urbano.

El alto costo de los datos LIDAR hace de ésta una herramienta de difícil acceso, pero

dentro del campo de los sensores activos, es el que más precisión presenta en resolución

espacial urbana, e incluye el valor Z de cada punto en el espacio, algo esencial para

estudios urbanos.

                                                                                                                         28 Nube de puntos

88    

9.4_Recomendaciones para la continuidad del proceso Fondecyt

Debido a que el modelo perceptual basado en encuestas no resultó estar correlacionado

con las otras variables, es recomendado enfocar la investigación en otros métodos de

medición de la percepción, la cual incluya aspectos más sensibles del espacio, como por

ejemplo colores, material vegetal, indicadores acústicos, e incluso el programa de uso29

del cañón; idealmente estos datos deben ser comparados de una manera más subjetiva,

ya que al llevarlos al lenguaje matemático de la estadística, pierden fidelidad.

El estudio se realizó registrando datos en la época más calurosa del año para la ciudad de

Concepción, pero se recomienda poder replicar el trabajo durante el invierno, lo que

permitirá definir con datos validados, qué características urbanas son más positivas para

el confort térmico, permitiendo proteger los espacios de las variables negativas de los

ICE30 y exponer los espacios a variables atmosféricas positivas.

Con el fin de poder entregar algunas luces de los posibles resultados en invierno, se

utilizó el modelo tridimensional del área de estudio para graficar los conos de sombra

generados durante un día en verano (14 Enero) y un día en invierno (8 Julio). Como se

estableció anteriormente los cañones en sentido NO-SE gozan de mejor confort térmico

en verano y según la figura Nº 41, también están más expuestos a la radiación solar

durante el invierno, esto debido a que en el verano el ángulo solar para la ciudad de

Concepción es de 76º hacia el norte a las 12:00hrs, mientras que en invierno, el ángulo

solar es de 30º hacia el norte a las 12:00hrs. Esto se traduce en un bloqueo de la

radiación por las edificaciones para los cañones en sentido SO-NE y se grafica en la

figura Nº 42.

                                                                                                                         29 En lenguajes del espacio urbano y arquitectónico, el concepto del programa corresponde al uso que ese espacio está destinado a acoger y soportar. 30 ICE: Índices climáticos extremos.

89    

Figura Nº 41a: proyección de sombras para el centro metropolitano de Concepción en un día de verano.

Fuente: Elaboración propia.

Figura Nº 41b: proyección de sombras para el centro metropolitano de Concepción en un día de invierno.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: los cañones NO-SE tienen un menor grado de sombra, mientras que los cañones SO-NE están

completamente sombreados, lo que se considera como negativo para el confort térmico en época de

invierno.

90    

Figura Nº 42: corte transversal para calle Barros Arana (sentido SO-NE).

Fuente: Elaboración propia.

Nota: al graficar los ángulos solares para invierno y verano podemos ver que el sol de invierno no alcanza

a llegar al nivel del suelo del cañón, quedando completamente sombreado.

Por último se considera que para diseñar las ciudades y sus crecimientos de manera más

sustentable, en beneficio de la calidad ambiental para las ciudades emplazadas en climas

templado-cálido tipo mediterráneo, se recomienda generar más cañones con las

características del cañón Nº 9; con calles de eje O-E y de proporciones en que el ancho

de la calle es el doble de la altura de las edificaciones y en cada vereda una hilera lateral

de árboles caducos cuyo distanciamiento delimita un espacio igual a la mitad de la altura

de la edificación (ver Figura Nº 43). Este esquema de cañón urbano fue más confortable

tanto en el modelo de confort físico como en el perceptual. Entonces la composición

espacial para nuevos cañones puede ser de uso mixto, con espacio para vehículos,

ciclovías y peatones y con capacidad de generar comercio en los primeros niveles y

vivienda en los pisos superiores. Esto se ejemplifica en el perfil tipo de la figura Nº43

91    

Figura Nº 43: perfil tipo del cañón (Nº9) más confortable en los dos modelos analizados.

Fuente: Elaboración propia.

Nota: las medidas están propuestas como proporciones, lo que puede ajustarse a distintas normativas y

dimensiones, manteniendo las proporciones.

Para finalizar se plantea que el confort térmico en el centro metropolitano de

Concepción es más confortable que inconfortable. Los valores de los indicadores del

confort se midieron en escalas finales de 0 a 1, siendo 0 el mejor confort y 1 el máximo

disconfort, y la gran mayoría de los resultados está entre 0 y 0,5.

92    

10 - AGRADECIMIENTOS

Este estudio pudo ser desarrollado gracias el profesor guía Cristián Henríquez y el

profesor co-guía Jorge Qüense.

La construcción de la estructura conceptual del estudio se realizó en el curso de casos de

estudio con los profesores Rodrigo Hidalgo y Jorge Qüense.

El desarrollo del estudio dentro del proyecto Fondecyt permitió la participación en

varios seminarios en conjunto con la Universidad de Chile, en donde se agradece la

participación de los profesores Hugo Romero, Pamela Smith y Alexis Vásquez. También

de la Universidad de Chile, se agradece la información compartida por Viviana

Hernández y Viviana Berrios, así como también los datos técnicos de Dustyn Opazo.

A los alumnos de Geografía de la Pontificia Universidad Católica de Chile, Emilia

Fercovic y Sebastián Rodríguez, quienes ayudaron en terreno a realizar las encuestas y

registrar datos atmosféricos.

A John Treimun, Geógrafo y matemático de la Universidad Católica de Chile

A Pia Abanos, arquitecta de Asesoría urbana de la municipalidad de Concepción, quien

compartió información general de las propuestas para Concepción en el 2020.

A Carla Boero, de la dirección de Obras Municipales de Concepción, quien entregó

información vía oral de las últimas intervenciones urbanas del centro y compartió el

plano regulador comunal en alta resolución.

A Juan Ramón Espinoza, del Laboratorio de Estudios Urbanos de la Universidad del

Bio-Bio por compartir información LIDAR de la ciudad, en conjunto con Eric Parra.

93    

11 - BIBLIOGRAFIA

 Ali-Toudert, F., & Mayer, H. (2006). Numerical study on the effects of aspect ratio

and orientation of urban street canyon on outdoor thermal comfort in hoy and dry

climate. Building and Environment , 94 - 108.

Azocar, S. R. (2000). Transformaciones ambientales provocadas por los cambios

económicos de la segunda mitad del siglo XIX; provincia de Concepción. Revista

Geográfica de Chile Térra Australis 45 181-194. , 181-194.

Berrios, V. (2013). Análisis de los cambios de uso y cobertura de suelo y su relación

con el comportamiento de indicadores ambientales en la conurbación Concepción

Talcahuano en los años 1986-1998 y 2009. Tesis Universidad de Chile, Facultad de

arquitectura y urbanismo, escuela de geografía , 14 - 15.

Chen, L., Ng, E., An, X., Ren, C., Lee, M., Wang, U., y otros. (2010). Sky view factor

analysis of street canyons and its implications for daytime intra-urban air temperature

differentials in high-rise, high-density urban areas of Hong Kong: a GIS-based

simulation approach. International Journal Of Climatology , 121 - 136.

Cheng, V. (2008). Urban Climatic Map and Standards for Wind Environment

Feasibility Study. Methodologies and Findings of User's Wind Comfort Level Survey .

Dalman, M., & Salleh, E. (2011). Microclimate and Thermal Comfort of Urban Forms

and Canyons in Traditional and Modern residential Fabrics in Bandar Abbas, Iran.

Modern Applied Science , 5 (2), 43 - 55.

Durston, A. (1994). Un Regimen Urbanistico en la America hispana colonial: el trazado

en damero durante los siglos XVI y XVII. Historia , 59-115.

94    

Gal, T., Rzepa, M., Gromke, B., & Unger, J. (2007). Comparison between sky view

factor values cimputed by two different methods in an urban environment. ACTA

Climatologica Et Chorologica , 40, 17-26.

González-Aguilera, D., Crespo-Matellán, E., Hernández-López, D., & Rodríguez-

Gonzálvez, P. (2013). Automated Urban Analysis Based on LiDAR-Derived Building

Models. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing , 1844 - 1851.

Grimmond, C., Potter, S., Zutter, H., & Souch, C. (2001). Rapid methods to estimate

sky-view factors applied to urban areas. International Journal of Climatology , 21, 903-

913.

Gromke, C. B. (2008). Dispersion study in a street canyon with tree planting by means

of wind tunnel and numerical investigations – evaluation of cfd data with experimental

data. 42, 8640-8650.

Guan, H. J. (2013). Partially supervised hierarchical classification for urban features

from lidar data with aerial imagery. 34, 190-210.

Henriquez, C. (2013). Estudio y modelación del clima urbano a escala local, como base

para la proposición de lineamientos de adaptación frente al cambio climatico en una red

de ciudades chilens.

Henríquez, C. (2011). Evidencias del cambio climatico en centros urbanos en Chile:

implicancias sobre los riesgos naturales y la capacidad adaptativa.

Hernández, V. (2013). Mapas ICU Conurbación Concepción - Talcahuano - Hualpen.

Universidad de Chile, facultad de arquitectura y urbanismo, escuela de geografía .

Hidalgo, R. (2013). Metodologías Bases.

Holmer, B. (1992). A simple operative method for determination of sky view factors in

complex urban canyons from fisheye photographs. Meteorologische Zeitschrift , 236 -

239.

95    

Holmer, B., Postgard, B., & Eriksson, M. (2001). Sky view factors in forest canopies

calculated with IDRISI. Theorical and Applied Climatology , 33 - 40.

Howard, L. (1818). The Climate of London. international Association for urban

climate.

Hunt, K., & Royall, D. (2013). A LiDAR-Based Analysis of Stream Channel Cross

Section Change Across an Urban-Rural Land-Use Boundary. The Professional

Geographer , 65 (2), 296-311.

INE. (2002). Sintesis de resultados censo 2002 – Región del Bio Bio. Comision

Nacional xvii censo de poblacion y vi de vivienda .

IPCC. (2012). Intergovernmental panel on lcimate change. En Línea WMO - UNEP ,

http://www.ipcc.ch.

Krüger, E. P. (2010). Evaluating the impact of canyon geometry and orientation on

cooling loads in a high-mass building in a hot dry environment. 87, 2068-2078.

Mayer, H., Holst, J., Dostal, P., Imbery, F., & Schindler, D. (2008). Human thermal

comfort in summer within an urban street canyon in Central Europe. Meteorologische

Zeitschrift , 17 (3), 241 - 250.

Mills, G. (2007). Cities as agents of global change. 1849-1850.

Ng, E., & Givoni, B. (2010). Designing High-Density Cities for Spcial and

Environmental Sustainability. 87 - 106.

Nikolopoulou, M., & Steemers, K. (2003). Thermal comfort and psychological

adaptation as a guide for designing urban spaces. Energy and Buildings , 35, 95-101.

Nikolopoulou, M., Lykoudis, S., & Kikira, M. (2004). Thermal Confort in outdoor

spaces: Fiel studies in Greece. Centre for Renewable Energy Source (C.R.E.S) .

OGUC. (2013). Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones.

96    

Oke, T. (1987). Boundary Layer Climates.

Olgyay, V. (1963). Design With Climate: bioclimatic approach to architectural

regionalism. Princeton University press .

Pearlmutter, D., Berliner, P., & Shaviv, E. (2007). Integrated modeling of pedestrian

energy exchange and thermal comfort in urban street canyons. Building and

Envirnonment , 42, 2396 - 2409.

PRCC. (2013). Plan regulador comunal de Concepción.

Romero, H. (1985). Geografía de Chile: Geografía de los climas.

Romero, H., & Molina, M. (2008). Relación espacial entre tipos de usos y coberturas

de suelos e islas de calor en Santiago de Chile.

Rotach M, W., Vogt, R., Bernhofer, C., Batchvarova, E., Christen, A., Clappier, A.,

y otros. (2005). Bubble - an Urban Boundary Layer Meteorology Proyect. Theorical and

Applied Climatology .

Santana, L. M. (2010). Estimación de un indice de calidad ambiental urbano, a partir de

imágenes de satélite. 45, 77-95.

Setaih, K., Hamza, N., & Townshend, T. (2013). Assessment of outdoor thermal

comfort in urban microclimate in hot arid areas. 13th Conference of international

building performance simulation association , 3153 - 3160.

Sorre, M. (1943). Les Fondements biologiques de la geographie humaine. 1, 435.

Stewart, I. T. (2012). Local climate zones for urban temperature studies. 1880 - 1900.

Strømann-Andersena. J, S. P. (2011). The urban canyon and building energy use:

urban density versus daylight and passive solar gains. 43, 2011-2020.

97    

Svensson, M. (2004). Sky view factor analysis - implications for urban air temperature

differences. 201 - 211.

Tahbaz, M. (2012). Primary stage of solar energy use in architecture shadow control.

19, 755-763.

Thorsson, S., Lindqvist, M., & Lindqvist, S. (2004). Thermal bioclimatic conditions

and patterns of behaviour in an urban park in Göteborg, Sweden. International Journal

of Biometeorology , 48, 149 - 156.

Tornero, J. P. (2006). Ciudad y confort ambiental: estado de la cuestión y aportaciones

recientes. 80, 147 - 182.

VDI. (1998). Methods for the human biometeorological evaluation of climate and air

quality for urban and regional planning at regional level. VDI-Handbuch .

Whiston, A. (1986). Air quality at street-level: Strategies for urban design. 12-30.

Zutter, H. (1999). Urban canyon geometry: how variations influence sky view factor,

air and surface temperature.

 

 

 

98    

12 - ANEXOS

99    

100    

101    

102    

103    

104    

105    

106    

107