Un cañón urbano (también conocido como cañón callejero o cañón de rascacielos ) es un lugar donde la calle está flanqueada por edificios a ambos lados, lo que crea un entorno similar a un cañón , que etimológicamente evolucionó a partir del Cañón de los Héroes en Manhattan . Este tipo de cañones construidos por humanos se forman cuando las calles separan bloques densos de estructuras, especialmente rascacielos . Otros ejemplos incluyen la Magnificent Mile en Chicago, el corredor Wilshire Boulevard de Los Ángeles , el Distrito Financiero de Toronto y los distritos Kowloon y Central de Hong Kong .
Los cañones urbanos afectan diversas condiciones locales, incluida la temperatura, el viento, la luz, la calidad del aire y la recepción de radio, incluidas las señales de navegación por satélite .
Idealmente, un cañón urbano es una calle relativamente estrecha con edificios altos y continuos a ambos lados de la carretera. Pero ahora el término cañón urbano se utiliza de forma más amplia y los detalles geométricos del cañón de la calle se utilizan para categorizarlos. El detalle geométrico más importante de un cañón de la calle es la relación entre la altura del cañón (H) y el ancho del cañón (W), H/W, que se define como la relación de aspecto . El valor de la relación de aspecto se puede utilizar para clasificar los cañones de la calle de la siguiente manera: [1]
Se puede realizar una subclasificación de cada uno de los anteriores dependiendo de la distancia entre dos intersecciones principales a lo largo de la calle, definida como la longitud (L) del cañón de la calle:
Otra clasificación se basa en la simetría del cañón:
Otro tipo específico es:
El efecto de un cañón callejero sobre el viento local y la calidad del aire puede variar enormemente en diferentes geometrías de cañón y esto se analizará en detalle en las secciones siguientes.
Otros factores importantes que se tienen en cuenta en los estudios de los cañones urbanos son el volumen de aire, la orientación del cañón (norte-sur, este-oeste, etc.) y el factor de visibilidad del cielo. El volumen de aire del cañón urbano es el aire contenido en los edificios a ambos lados que actúan como paredes, la calle que es el límite inferior y un límite superior imaginario a nivel del techo llamado la "tapa" del cañón.
El factor de visibilidad del cielo (SVF) denota la relación entre la radiación recibida por una superficie plana y la de todo el entorno radiante hemisférico [2] y se calcula como la fracción del cielo visible desde el suelo. El SVF es un valor adimensional que va de 0 a 1. Un SVF de 1 significa que el cielo es completamente visible, por ejemplo, en un terreno plano. Cuando una ubicación tiene edificios y árboles, hará que el SVF disminuya proporcionalmente. [3]
La modificación de las características de la capa límite atmosférica por la presencia de un cañón callejero se denomina efecto cañón callejero. Como se mencionó anteriormente, los cañones callejeros afectan la temperatura , la velocidad y la dirección del viento y, en consecuencia, la calidad del aire dentro del cañón.
Los cañones urbanos contribuyen al efecto de isla de calor urbana . La temperatura dentro del cañón puede elevarse de 2 a 4 °C. Los estudios de fenómenos de temperatura consideran la irradiancia , el ángulo de incidencia, el albedo de la superficie, la emisividad, la temperatura y la SVF. Para una SVF alta, los cañones urbanos se enfrían rápidamente, porque hay más cielo disponible para absorber el calor retenido por los edificios. Con una SVF baja, el cañón puede retener más calor durante el día, creando una mayor liberación de calor por la noche. Un estudio realizado por Nunez y Oke investigó los intercambios de energía en un cañón urbano en latitudes medias en un clima agradable de verano. [3] El estudio mostró que la cantidad de energía superficial en varios momentos dentro del cañón depende de la geometría y la orientación del cañón. Se encontró que los cañones con orientación norte-sur tienen el suelo como el sitio de energía más activo. En un cañón de este tipo, el 30% del excedente radiante del mediodía se almacena en los materiales del cañón (los edificios). Por la noche, el déficit radiante neto (es decir, la falta de radiación solar) se ve contrarrestado por la liberación de energía que se encontraba almacenada en los materiales del cañón. Este fenómeno contribuye en gran medida al efecto de isla de calor urbana.
Los cañones de la calle pueden modificar tanto la velocidad como la dirección de los vientos. La velocidad vertical del viento se acerca a cero en el nivel del techo del cañón. La producción y disipación de cizalladura son altas en el nivel del techo y se crea una capa de cizalladura delgada y fuerte en la altura del edificio. [4] La energía cinética de la turbulencia es mayor cerca del edificio a sotavento que cerca del edificio en contra del viento debido a las cizalladura del viento más fuertes. Los patrones de flujo resultantes dentro del cañón dependen de la dirección del viento con respecto a la dirección de orientación de la calle.
Cuando el nivel del techo/la dirección del viento de fondo es paralelo a la calle, se observa un efecto de canalización donde los vientos tienden a canalizarse y acelerarse a través del cañón. Cuando el ancho de la calle no es uniforme, se observa un efecto Venturi cuando los vientos se canalizan a través de pequeñas aberturas, lo que aumenta aún más la aceleración de los vientos. [5] Ambos efectos se explican por el principio de Bernoulli . El viento y el transporte a lo largo de la calle pueden ser significativamente diferentes para cañones cortos y largos, ya que los vórtices de las esquinas tienen una influencia más fuerte en los cañones cortos. [6]
Cuando la dirección del viento de fondo/nivel del techo es perpendicular a la calle, se crea un flujo de viento que gira verticalmente con un vórtice primario centrado dentro de los cañones de la calle. Según la relación de aspecto, se definen diferentes regímenes de flujo en los cañones de la calle. En orden creciente de relación de aspecto, estos regímenes de flujo son: flujo de rugosidad aislada, flujo de interferencia de estela y flujo de roce. [7] El número total de vórtices creados y sus intensidades dependen de muchos factores. Los estudios de modelos numéricos realizados para cañones de la calle aislados han demostrado que el número de vórtices creados aumenta con el aumento de la relación de aspecto del cañón. Pero hay un valor crítico de la velocidad del viento ambiental, por encima del cual el número y el patrón de vórtices se vuelven independientes de la relación de aspecto. [8]
Estudios numéricos y en túneles de viento han demostrado que para cañones simétricos con una relación de aspecto = 0,5, se puede ver un vórtice secundario a nivel del suelo cerca de la pared del edificio del lado de sotavento. Para cañones simétricos con una relación de aspecto ≥ 1,4, se puede ver un vórtice secundario a nivel del suelo más débil cerca de la pared del edificio del lado de barlovento y para una relación de aspecto ≥ 2, se ven vórtices secundarios justo debajo del vórtice primario. [8] [9] En cañones asimétricos y escalonados, la formación de vórtices secundarios puede ser más común. Estudios en túneles de viento han demostrado que, en un cañón escalonado donde el edificio en contra del viento es más corto, se puede identificar un punto de estancamiento en la cara de barlovento del edificio más alto. La región debajo de este punto de estancamiento se llama región de interacción, ya que todas las líneas de corriente en esta región se desvían hacia abajo en el cañón de la calle. Las características de los patrones de flujo de vórtices dentro del cañón dependen en gran medida de la relación de altura de los edificios a ambos lados del cañón. Para una relación de altura de edificio a sotavento H d a altura de edificio a barlovento H u de 3, se ha observado un único vórtice primario. Pero para H d /H u = 1,67, los vórtices contrarrotativos pueden ocupar toda la profundidad del cañón. [10]
Otros factores que influyen en la intensidad de este flujo de recirculación son la turbulencia inducida por el tráfico y las formas de los tejados de los edificios. Los estudios de modelos físicos han demostrado que el tráfico en ambos sentidos aumenta la turbulencia en la mitad inferior del cañón y que los tejados inclinados a ambos lados del cañón desplazan la zona principal de producción de turbulencia hacia aguas abajo y reducen la intensidad del flujo de recirculación dentro del cañón. [11]
En estas condiciones de viento perpendicular, principalmente a nivel de la calle, en cada extremo del cañón se forman vórtices de esquina/extremo que giran horizontalmente. La extensión horizontal de estos vórtices de esquina es diferente en cada extremo de un cañón y esto genera patrones complejos de viento a nivel de la superficie en las intersecciones. Los experimentos de campo han demostrado además que los vórtices de esquina pueden extenderse en toda la profundidad del cañón, pero con una extensión horizontal cambiante con la altura. [12]
La estructura del área vecina de un cañón callejero; por ejemplo, una serie de cañones callejeros, agrega más complejidad al campo de flujo.
Todos los resultados mencionados anteriormente corresponden a situaciones sin efectos de calentamiento. Un estudio de modelos numéricos ha demostrado que, cuando una superficie en un cañón de la calle se calienta, cambia las características del flujo del vórtice. Y el calentamiento de diferentes superficies (la pared a barlovento, la pared a sotavento y el fondo del cañón) cambia el flujo del vórtice de diferentes maneras. [8]
La modificación de la temperatura y el viento por la presencia de un cañón callejero, afecta en consecuencia la calidad del aire dentro del cañón callejero. Cuando la dirección del viento medio es paralela a la calle, los efectos de canalización y Venturi descritos anteriormente, aumentan la dispersión de contaminantes dentro del cañón callejero. Esto a menudo actúa para "expulsar" los contaminantes del aire [5] y aumentar la calidad del aire dentro del cañón callejero. Pero en los casos en que las fuentes de contaminantes del aire están presentes en contra del viento, los vientos canalizadores podrían transportar contaminantes a lugares a sotavento lejos de la fuente y contribuir a la mala calidad en los lugares a sotavento.
Cuando la dirección media del viento es perpendicular a la calle, el flujo de vórtice formado dentro del cañón actúa para confinar el flujo de aire, reducir la dispersión de contaminantes y aumentar las concentraciones de contaminación dentro del cañón de la calle. La contaminación de fuente local dentro del cañón y también la contaminación arrastrada al cañón desde el flujo de viento medio, es transportada por el flujo de vórtice y recircula dentro del cañón. En entornos urbanos, las emisiones de los tubos de escape de los vehículos son la principal fuente de muchos contaminantes del aire, como partículas ultrafinas , partículas finas, dióxido de carbono , NOx . Estas columnas de contaminación creadas en la calle, a nivel de la superficie, son empujadas hacia el lado de sotavento del cañón por el flujo de vórtice, lo que hace que las concentraciones de contaminación a nivel de la superficie sean mucho más altas en el lado de sotavento de la calle en comparación con el lado de barlovento . Los vórtices secundarios en la parte inferior del cañón pueden actuar además para estancar los contaminantes en las aceras; especialmente en el lado de sotavento. Un estudio de campo ha informado que las concentraciones de partículas ultrafinas son cuatro veces mayores en la acera del lado de sotavento en comparación con el lado de barlovento . [13]
Al utilizar receptores GPS en calles con edificios altos, los efectos de sombras y trayectos múltiples pueden contribuir a una mala recepción de la señal GPS. [14]
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