Caracterização de Eventos Extremos de Calor: Análises com Foco no Impacto na Pavimentação AsfálticaResumo
Os eventos extremos de calor são uma realidade no Brasil, impactando os pavimentos asfálticos e os ambientes. Esta pesquisa analisou esses eventos em 10 diferentes locais do Brasil, no período de 1961-2023, por meio da temperatura máxima média anual por 7 dias consecutivos; e da ocorrência, duração e intensidade das ondas de calor. Os resultados demonstram tendências de aumento dos valores anuais médios dos 7 dias consecutivos mais quentes ao longo do período de 1961-2023, com maior destaque para os anos mais recentes. De maneira geral, identificou-se um aumento do número de ondas de calor por ano ao longo do tempo, com acréscimos expressivos nas cidades das regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste, especialmente após os anos 2000. Também, pode-se destacar que as ondas de calor mais intensas e duradouras ocorreram nos últimos anos. Além disso, observou-se que, muitas vezes, as temperaturas extremas do ar registradas durante as ondas de calor são acompanhadas por valores expressivos de radiação solar. A maior quantidade de eventos extremos de calor, aliados a maior intensidade e duração, demandam mais dos materiais asfálticos em termos de desempenho, afetando os custos da infraestrutura rodoviária brasileira.
Palavras-chave
eventos extremos; Brasil; pavimentos; temperatura
Abstract
Extreme heat events are a reality in Brazil, impacting asphalt pavements and environments. This research analyzed these events in 10 different locations in Brazil, from 1961 to 2023, through the average annual maximum temperature for 7 consecutive days; and the occurrence, duration and intensity of heat waves. The results demonstrate trends of increasing annual average values of the 7 hottest consecutive days over the period 1961-2023, with greater emphasis on the most recent years. In general, an increase in the number of heat waves per year was identified over time, with significant increases in cities in the North, Northeast and Central-West regions, especially after the year 2000. It is also worth noting that the most intense and long-lasting heat waves have occurred in recent years. Furthermore, it was observed that extreme air temperatures recorded during heat waves are often accompanied by significant amounts of solar radiation. The greater number of extreme heat events, combined with their greater intensity and duration, place greater demands on asphalt materials in terms of performance, affecting the costs of Brazilian road infrastructure.
Keywords
heatwaves; Brazil; pavement; temperature
1. Introdução
Os eventos extremos de calor são fenômenos climáticos que podem ser causados pelo aquecimento global antrópico e pela variabilidade natural do clima, impactando globalmente a sociedade. De acordo com Perkins et al. (2012), esses eventos se tornarão mais frequentes, prolongados e intensos em um futuro próximo. Conforme os estudos do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC, 2021) e de Soares et al. (2018), as temperaturas no Brasil vêm aumentando nas últimas décadas e devem seguir a mesma tendência no futuro, com um aumento na frequência e intensidade de períodos extremos de calor (Geirinhas et al., 2018b).
A mudança climática apresenta diversos desafios para o setor de transportes devido à sua alta vulnerabilidade às condições climáticas, assim como aos impactos decorrentes de eventos climáticos extremos (Abreu et al., 2024). A alta temperatura da superfície das estradas pode levar a condições perigosas de direção, como estouros de pneus e deformações induzidas por estresse térmico (Kim et al., 2019); afundamentos em trilhas de roda (ATR) e aumento da intensidade das ilhas de calor urbanas das cidades (Shamsaei et al., 2022); afetando o desempenho e os custos dos pavimentos com revestimento em concreto asfáltico (Yao et al., 2024; Zhang et al., 2022). O concreto asfáltico é suscetível às altas temperaturas em virtude da cor escura que absorve muita radiação solar e ao seu comportamento viscoelastoplástico.
é consenso na literatura que a temperatura é um dos fatores mais críticos que afetam a resistência do pavimento asfáltico ao afundamento em trilha de roda (Faccin et al., 2021a; Mu et al., 2020; Ramadhan e Al-Abdul Wahhab, 1997), sendo o desempenho à deformação permanente o critério de falha mais afetado pelos aumentos de temperatura (Gudipudi et al., 2017; Zhang et al., 2022; Almeida e Picado-Santos, 2022). Conforme Albayati (2023), a viscosidade do ligante asfáltico, que é inversamente relacionada à formação dos afundamentos, é significativamente reduzida com o aumento da temperatura, resultando em uma mistura asfáltica mais suscetível à formação de ATR. De acordo com Zhang et al. (2023), quando a temperatura ambiente excede 30 °C, a deformação do pavimento asfáltico se desenvolve mais rapidamente; e para Chen et al. (2010) ocorrerão sérios afundamentos plásticos quando o pavimento é submetido a valores de temperatura do ar superiores a 40 °C.
Além do impacto nas propriedades mecânicas e no desempenho dos pavimentos asfálticos, as altas temperaturas podem afetar substancialmente o meio ambiente, contribuindo para o aumento da intensidade do fenômeno denominado ilha de calor urbana (Zhao et al., 2018). A ilha de calor apresenta-se como uma área urbana com temperaturas mais elevadas que o seu entorno, sendo uma parte considerável desta elevação atribuída aos pavimentos asfálticos (Anand e Sailor, 2022; Hendel et al., 2018; Shamsaei et al., 2022; Wang et al., 2021), podendo ocasionar diferenças de temperatura em áreas urbanas de 5 até 15 ℃ (Aghayan et al., 2021). Rocha et al. (2011) verificaram que as áreas de maior ocupação, com construções e com maior pavimentação nas ruas e quadras, registraram ilhas de calor noturnas mais intensas.
Em virtude dessa realidade, torna-se imprescindível avaliar os impactos das mudanças do clima na infraestrutura rodoviária. é possível encontrar diversos estudos que analisam a influência dos aumentos da temperatura do ar, previstos nos modelos climáticos, no desempenho de pavimentos asfálticos. Entretanto, a literatura que discute o impacto de eventos extremos de altas temperaturas nos pavimentos ainda é limitada. Rowan et al. (2013) alertam que eventos extremos provavelmente serão mais prejudiciais aos pavimentos do que o aumento gradual na temperatura ao longo do tempo.
Especificamente sobre os eventos extremos de calor, o Projeto AdaptaVias, do Ministério dos Transportes (MT) do Brasil, que buscou avaliar os impactos e riscos da mudança do clima sobre a infraestrutura federal de transportes terrestres, considerou dois indicadores climáticos que impactam os pavimentos asfálticos, relacionados às altas temperaturas: Tx7day - média dos 7 (sete) dias consecutivos mais quentes do ano: indica a persistência de altas temperaturas; e HWDI (Heat Wave Duration Index) - índice de duração de ondas de calor: período máximo em cada ano de, pelo menos, 5 dias consecutivos em que a temperatura máxima é de pelo menos 5 °C mais quente do que a climatologia diária do período base (GITEC BRASIL e COPPE/UFRJ, 2021). Os resultados indicam que diversas regiões do país estão vulneráveis aos eventos extremos de temperatura projetados para o futuro, com um predomínio do nível médio de riscos associado às altas temperaturas atingindo 63,2% da malha rodoviária brasileira. Maiores informações podem ser consultadas na página do projeto (GITEC BRASIL e COPPE/UFRJ, 2021).
O parâmetro Tx7day está relacionado à metodologia americana Superpave para seleção de ligantes asfálticos, possibilitando a análise do impacto das alterações do clima e sendo objeto de diversas pesquisas na área de pavimentação, podendo-se citar os estudos de Viola e Celauro (2015), para a Itália; Underwood et al. (2017), para os EUA; Swarna et al. (2021) no Canadá; e Schuster et al. (2022a) para o Brasil. Schuster et al. (2022a), ao avaliar dados de temperatura do ar em 115 estações meteorológicas espalhadas pelo país, comparando dois períodos (1961-1990 e 1991-2020), observaram um aumento do valor da média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais para a maioria dos locais avaliados, com variações maiores que 2 °C em alguns locais. Conforme Underwood et al. (2017), esses aumentos tendem a ocasionar uma degradação mais rápida dos pavimentos, exigindo maior manutenção e reconstruções mais precoces, ocasionando um acréscimo considerável nos custos relacionados à infraestrutura rodoviária.
Em relação às ondas de calor, trata-se de um dos eventos mais comuns relacionado às condições meteorológicas severas que são observadas devido às mudanças climáticas em muitas áreas do planeta (Silva et al., 2023). Ondas de calor são frequentemente definidas como períodos prolongados de clima anormalmente quente em relação às condições esperadas em um determinado momento e lugar (Barriopedro et al., 2023).
Em estudo recente realizado no Canadá, Bernier (2023) analisou o impacto de uma onda de calor ocorrida no ano de 2021 nos pavimentos asfálticos, para diferentes locais do país. Segundo a autora, o evento aumentou os afundamentos em trilha de roda nos pavimentos asfálticos em média de 22%. Além disso, a autora criou cenários hipotéticos de ondas de calor futuras para uso em uma análise de sensibilidade, observando que esses eventos ocasionarão a redução da vida útil dos pavimentos simulados. Os resultados do estudo demonstram que as ondas de calor têm impactado negativamente o desempenho dos pavimentos, com mesma tendência para o futuro. O impacto desses eventos nos pavimentos brasileiros pode estar se intensificando, uma vez que, segundo Bitencourt et al. (2016), tanto a frequência quanto a intensidade das ondas de calor têm aumentado nas últimas décadas.
Em razão da vulnerabilidade da infraestrutura brasileira, há carência de estudos abrangentes no país que avaliem o impacto dos eventos extremos de calor nas rodovias do país. Todavia, para a realização dessas análises, faz-se necessário, primeiramente, identificar e entender as características desses eventos. Conforme Faccin et al. (2024b), o desempenho dos pavimentos é dependente da temperatura do concreto asfáltico, a qual por sua vez é influenciada principalmente pelas variáveis climáticas de temperatura do ar, radiação solar e velocidade do vento.
Por essas razões, este estudo busca preencher a lacuna no conhecimento na área de pavimentação no Brasil, com o entendimento dos eventos extremos de calor e suas características. Essas informações são fundamentais para subsidiar futuras análises do efeito de temperaturas extremas no desempenho e no comportamento térmico dos pavimentos flexíveis em concreto asfáltico, considerando dados reais de eventos históricos. Nesse contexto, o objetivo principal do presente trabalho é identificar e analisar a frequência, duração, intensidade e características de eventos extremos de calor em diferentes locais do Brasil, a fim de subsidiar futuros estudos na área de pavimentação.
2. Dados e Métodos Utilizados
2.1. Locais avaliados e dados meteorológicos
A fim de entender e caracterizar os eventos históricos de calor extremo, foram avaliadas 10 diferentes cidades no Brasil, relacionadas na Fig. 1 e Tabela 1, correspondendo com a localização de estações meteorológicas de superfície do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Procurou-se escolher pontos que cobrissem razoavelmente o território brasileiro e estações com no máximo 10% de dados faltantes de temperatura do ar ao longo do período de 1961-2023.
Locais avaliados no estudo e percentual de dados faltantes de temperatura do ar ao longo do período de 1961-2023.
Foram utilizados dados diários de temperatura máxima do ar, medidos a uma altura de 2 metros nas estações convencionais de superfície do INMET (INMET, 2024), no período de 1961 a 2023. Em função das falhas nos registros de temperatura, realizou-se o preenchimento dos dados ausentes considerando os seguintes critérios: (i) dados da reanálise NASA POWER (National Aeronautics and Space Administration Prediction of Worldwide Energy Resources), obtidos por meio do pacote nasapower (Sparks, 2018), para o período de 1981-2023; e para o período de 1961-1981, o método de imputação múltipla (Predictive Mean Matching - PMM), por meio do pacote do software R (R Core Team, 2024) denominado MICE (Multivariate Imputation by Chained Equations) (Horton e Lipsitz, 2001). Conforme Dos Santos et al. (2021), o PMM apresenta uma série de vantagens em relação a outros métodos para o tratamento de dados faltantes em séries temporais, sendo amplamente utilizado em pesquisas na área de climatologia; e, segundo Alves et al. (2020), apresenta bom desempenho para o preenchimento de séries de dados longas, como as de temperatura do ar considerados neste estudo.
Além da temperatura do ar, avaliaram-se os dados de radiação solar no período das ondas de calor, considerando os dados medidos nas estações do INMET. De acordo com Faccin et al. (2024a), as temperaturas dos pavimentos asfálticos - e, consequentemente, o desempenho dos mesmos - também são significativamente influenciados pela radiação solar.
2.2. índices climáticos avaliados
Os eventos extremos de calor foram avaliados com base nos índices relacionados na Tabela 2.
A temperatura máxima média anual por 7 dias consecutivos (Tx7day) foi calculada utilizando o software R (R Core Team, 2024). Conforme o projeto Adaptavias, o parâmetro indica a persistência de temperaturas altas (GITEC BRASIL e COPPE/UFRJ, 2021); e, segundo Faccin et al. (2021b), pode ser utilizado no cálculo das temperaturas máximas do pavimento, consideradas na metodologia Superpave para seleção de ligantes asfálticos.
As tendências das séries temporais relacionadas ao índice Tx7day foram avaliadas por meio do teste de Mann-Kendall (Kendall, 1975; Mann, 1945). Trata-se de um teste não-paramétrico, sugerido pela Organização Meteorológica Mundial (OMM) para avaliação da tendência em séries temporais de dados ambientais (Lopes e Silva, 2013). O teste permite verificar se os valores tendem a aumentar ou a diminuir ao longo do tempo (mudança monotônica), por meio do coeficiente tau, que varia entre -1 e 1. Desse modo, um tau positivo indica uma tendência de aumento nos dados, enquanto um tau negativo sugere uma tendência de redução. Quanto mais próximo de 1 ou -1, mais forte é a tendência, e valores próximos de zero apontam ausência de tendência significativa. Também são apresentados os resultados de significância dos testes Mann-Kendall, a fim de avaliar se as tendências são ou não estatisticamente significativas.
Conforme Silveira et al. (2023), não há uma definição universal para uma onda de calor, embora ela seja tipicamente baseada em uma métrica de temperatura, intensidade (um limite absoluto ou relativo) e duração. De acordo com De Oliveira et al. (2021), a estratégia adotada para a definição do limite varia entre os estudos existentes, sendo o método mais simples a adoção de um limite fixo, que é dependente da região, e foca na análise de valores extremos de temperatura máxima. Abordagem alternativa aos limiares fixos consiste em considerar percentis de distribuição da temperatura máxima, levando em consideração sua variabilidade climática.
Diante disso, adotamos a definição de onda de calor como um período de cinco ou mais dias consecutivos com temperaturas máximas diárias superiores ao valor climatológico (1961-2023) do percentil 90, calculado em uma janela de 15 dias (centralizada no dia em questão). Dessa forma, de acordo com Mandú et al. (2020), tem-se um valor de percentil diferente para todos os dias do ano, considerando o ciclo sazonal. Os cálculos que envolvem as ondas de calor foram realizados por meio do pacote “heatwaveR” (Schlegel et al., 2018), utilizando o software R (R Core Team, 2024). O pacote foi utilizado em diversos outros estudos para identificar e caracterizar ondas de calor, podendo-se citar: Cimolai e Aguilar (2024); Kapwata et al. (2022); Muñoz-Pizza et al. (2023); Steil et al. (2020), sendo baseado no trabalho de Hobday et al. (2016), que investiga ondas de calor marinhas.
Os índices foram escolhidos por representarem os potenciais problemas relacionados a esses eventos para os pavimentos asfálticos. Quanto maior a ocorrência de ondas de calor, mais vulneráveis estarão os pavimentos. Além disso, ondas de calor mais duradouras e de maior intensidade vão demandar mais dos materiais asfálticos, potencializando o surgimento de afundamentos plásticos e ocasionando a redução da vida útil das estruturas. Ademais, após as identificações das ondas de calor, avaliaram-se as características dos eventos em relação ao comportamento climático, por meio da análise dos valores de radiação solar.
3. Resultados
3.1. Temperatura máxima média anual por 7 dias consecutivos
São apresentados na Fig. 2 os dados de temperatura máxima média anual por 7 dias consecutivos para os 10 locais avaliados, com as respectivas linhas de tendência lineares, considerando o período total avaliado (1961-2023). Adotou-se o intervalo de 10 unidades no eixo y, a fim de facilitar a visualização, todavia, os valores diferem de acordo com os dados locais. Complementarmente, na Tabela 3 são demonstrados os valores de tendência linear (°C/ano) para o período total (1961-2023) e dois intervalos (1961-1991 e 1992-2023), assim como os resultados do teste de Mann-Kendall.
Temperatura máxima média anual por 7 dias consecutivos e as respectivas linhas de tendência lineares para o período de 1961-2023.
Análises das séries históricas da média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais: tendências lineares e teste de Mann-Kendall.
Conforme pode-se observar na Fig. 2 e na Tabela 3, de maneira geral, há uma tendência de aumento da média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais ao longo do período de 1961-2023 para todos os locais avaliados, com acréscimo anual variando de 0,02404 °C/ano até 0,07752 °C/ano. A tendência de aumento no período é confirmada com o teste de Mann-Kendall, com significância estatística ao nível de 1% para a maioria dos locais avaliados, exceto Porto Alegre onde obteve-se um nível de significância de 10%. Em resumo, os dados indicam que, ao longo dos anos 1961-2023, houve uma tendência de aumento na média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais.
é interessante observar que há uma grande variabilidade interanual para alguns locais, com uma visível tendência positiva maior para os anos mais recentes (Fig. 2). Diante disso, ao realizar o teste de Mann-Kendall considerando a divisão do período total (1961-2023) em um mais distante (1961-1991) e outro mais recente (1992-2023), é possível observar na Tabela 3 que, em linhas gerais, não houve tendência significativa para os valores da média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais no período de 1961-1991, com exceção da cidade de Conceição do Araguaia. Já para o período mais recente (1992-2023), o teste de Mann-Kendall indica tendência significativa de aumento dos valores de temperatura, exceto para Porto Alegre. Os resultados vão ao encontro dos observados por Schuster et al. (2022a), que avaliaram 115 locais no Brasil no período de 1961-2020.
Dentre as regiões avaliadas, as cidades localizadas no Centro-Oeste (Cuiabá e Goiânia) se destacam pelas elevadas tendências de aumento nas temperaturas nos últimos anos, com uma taxa de crescimento de aproximadamente 0,12 °C/ano na média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais no período de 1992-2023. Tal situação tem ocasionado valores expressivos, com Goiânia, por exemplo, a partir dos anos 90, chegando a alcançar quase 41 °C de média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais, enquanto antes de 1990 a máxima registrada era menor que 37 °C.
O aumento da temperatura impacta o desempenho e a seleção dos materiais asfálticos, demandando mais dos pavimentos e levando à necessidade de utilização de ligantes asfálticos modificados (Schuster et al., 2022b), o que ocasiona o aumento dos custos da infraestrutura, conforme destacado em estudo realizado nos EUA por Underwood et al. (2017). Além disso, a situação contribui para o aquecimento urbano, impactando na vida da população em relação ao conforto térmico e saúde humana, além do aumento do consumo de energia. Também se verifica que a consideração de um registro climático estacionário (sem considerar as mudanças do clima) pode ocasionar a seleção inadequada do tipo de ligante asfáltico ou o subdimensionamento das estruturas de pavimentos.
3.2. Ondas de calor - identificação e características
Na Fig. 3, são apresentadas as quantidades de ondas de calor registrados por ano ao longo do período avaliado, considerando o evento como um período de cinco ou mais dias consecutivos caracterizado por temperaturas máximas diárias acima do percentil de 90%.
Assim como para a média dos 7 dias consecutivos mais quentes anuais, no período de 1961-2023, as frequências de ondas de calor apresentam comportamentos diferentes conforme o local avaliado. Predominantemente, observa-se na Fig. 3 um aumento do número de eventos anuais ao longo do tempo, com quantidades mais expressivas nas cidades das regiões Norte (Manaus e Conceição do Araguaia), Nordeste (João Pessoa e Barreiras) e Centro-Oeste (Cuiabá e Goiânia), especialmente após os anos 2000. Bitencourt et al. (2016), ao considerar a série histórica de 1961-2014 para 265 estações meteorológicas no Brasil, também observaram que o número de ondas de calor aumentou ao longo do período avaliado, sendo a maioria das ocorrências concentradas após os anos 2000.
Na região Norte, Manaus registrou um número reduzido de ondas de calor até os anos 2000, enquanto no período de 2001-2023 apenas em quatro anos não foram registradas ondas de calor, com mais de 10 eventos em 2023. Silva et al. (2023) também observaram um aumento no número de ondas de calor na região amazônica a partir do ano 2001. A cidade de Conceição do Araguaia já registrava maior número de eventos que Manaus antes dos anos 2000, todavia, no período de 2015-2023 as ondas de calor assolaram a cidade todos os anos, com maior número de ocorrências (até 10 eventos nos anos de 2016 e 2020).
Na região Nordeste, destaca-se o aumento expressivo das quantidades de ondas de calor que ocorreram na cidade de João Pessoa nos últimos anos, especialmente após 2015. Até esse ano, a cidade registrou eventos em menor quantidade, à exceção de 2010 com 10 eventos; todavia, após o ano 2015, a cidade foi atingida por seguidas ondas de calor, com mais de 20 eventos registrados em único ano. Já na cidade de Barreiras, observa-se um aumento mais ameno do número de eventos anuais ao longo do tempo, com pico de ocorrências no ano de 2012.
Em relação à região Centro-Oeste, os resultados obtidos para as cidades de Cuiabá e Goiânia demonstram comportamentos similares, com aumento da quantidade de eventos especialmente nos anos mais recentes. Até a década de 80, as ondas de calor ocorriam em menor quantidade, podendo-se observar posteriormente uma tendência de acréscimo nas ocorrências dos eventos, especialmente a partir de 2010. Cuiabá registrou 14 eventos de ondas de calor no ano de 2020 e Goiânia vem sofrendo anualmente desde 2005 com esses extremos de calor, com ápice no ano de 2015.
Analisando os dados das cidades da região Sudeste, é possível observar que não houve um aumento considerável da quantidade de ondas de calor ao longo do período avaliado, contudo, a partir da década de 90, os eventos extremos foram mais frequentes, ocorrendo em quase todos os anos na cidade de São Paulo. Comportamento similar é observado nas cidades do Sul do Brasil, no entanto, com uma mudança mais perceptível a partir dos anos 2000 para essa região.
O aumento na quantidade e na frequência das ondas de calor deixa os pavimentos asfálticos mais vulneráveis ao surgimento de afundamentos plásticos, demandando materiais de melhor desempenho e, por consequência, ocasionando aumento nos custos da infraestrutura brasileira. Além disso, esses eventos potencializam as ilhas de calor nos centros urbanos, impactando o conforto térmico da população e demandando maior consumo de energia nas edificações.
Para a área de pavimentação, além da quantidade de ondas de calor, é importante entender a duração e intensidade desses eventos, afinal maiores valores de temperatura e eventos mais duradouros terão consequências negativas mais expressivas nos pavimentos asfálticos. Diante disso, na Fig. 4 são apresentadas as durações das ondas de calor registradas entre os anos 1961-2023 e as respectivas intensidades médias (média das temperaturas máximas diárias no período da onda de calor), destacando-se os eventos mais severos.
Para as cidades da região Norte (Manaus e Conceição do Araguaia), pode-se observar na Fig. 4 que, de forma geral, as ondas de calor foram mais intensas e duradouras nos últimos anos, especialmente a partir de 2005. A onda de calor mais duradoura registrada em Manaus, no ano de 2015 (20 dias), teve média das temperaturas máximas diárias de quase 38 °C; enquanto em 2023 registrou-se a onda de calor de maior intensidade, com quase 39 °C de média no período de 15 dias consecutivos. Em Conceição do Araguaia, a onda de calor mais duradoura foi registrada no ano de 1983, todavia, a sua intensidade (aproximadamente 36 °C) foi menor que as ondas de calor mais recentes, com pico de temperatura no ano de 2020, onde registraram-se três ondas de calor com mais de 40 °C de temperatura máxima média.
Para a região Nordeste, observa-se uma tendência similar aos dados da região Norte, com execuções pontuais. Em João Pessoa, a onda de calor mais duradoura foi registrada no ano de 2022 (34 dias), com intensidade média de quase 32,5 °C. Na cidade de Barreiras, o evento mais longo foi observado no ano de 1998, entretanto, a intensidade média não foi tão relevante em comparação a outros, como o pico ocorrido no ano de 2023, onde identificou-se uma onda de calor com intensidade média de quase 40 °C para os 7 dias sob as condições extremas.
No Centro-Oeste, visualiza-se claramente que os eventos mais longos e intensos ocorreram nos últimos anos, especialmente após o ano de 2005. A onda de calor registrada em Cuiabá no ano de 2020 foi a mais duradoura em todo o período (17 dias), com a maior média de temperaturas máximas diárias dentre os eventos (valor expressivo de mais de 41 °C). Em Goiânia, a onda de calor mais duradoura ocorreu no ano de 2016 (30 dias), todavia, em menor intensidade quando comparada às ondas de calor registradas em outros períodos, como a ocorrida no ano de 2020, que apresentou intensidade média de quase 40 °C para um período de quase 15 dias.
Na região Sudeste e Sul, cabe destacar Belo Horizonte e Porto Alegre onde, apesar de não ocorrer aumento visível na duração das ondas de calor, os eventos registrados recentemente apresentam maior intensidade média. A onda de calor com maior temperatura máxima média diária que ocorreu em Belo Horizonte foi no ano de 2023, com valor de quase 36 °C. Em Porto Alegre, o evento mais extremo em relação à intensidade média ocorreu no ano de 2014, com temperatura máxima média de quase 40 °C para um período de 6 dias consecutivos. Já em São Paulo e Londrina, é possível visualizar, de maneira geral, um aumento da intensidade e duração das ondas de calor ao longo dos anos, especialmente a partir do ano 2000. Para São Paulo e Londrina, com exceção do ano de 1986 em Londrina, pode-se observar que as ondas de calor mais severas (maior intensidade média e duração) ocorreram nos últimos 10 anos (2014-2023).
De modo geral, os resultados obtidos para as 10 cidades avaliadas no presente estudo estão em consonância com os achados de Bitencourt et al. (2016), que, ao considerar a série histórica de 1961-2014 para 265 estações meteorológicas no Brasil, observaram ondas de calor mais duradouras e intensas a partir dos anos 2000. A fim de realizar uma análise individualizada e melhor entender as ondas de calor mais recentes, são apresentados na Fig. 5 os gráficos que demonstram as durações dos eventos, juntamente com as intensidades médias e os respectivos meses de ocorrência para 5 cidades (1 por região do país), considerando o período de 2014-2023.
Em relação aos meses do ano, de acordo com a Fig. 5, não é possível identificar uma predominância de ocorrência de ondas de calor em um determinado mês, estando os eventos espaçados ao longo do ano. Geirinhas et al. (2018a), ao avaliar as características de ondas de calor para seis cidades no Brasil, verificaram que o número de ondas de calor observadas em todas as cidades varia relativamente pouco de mês para mês.
Conforme pode-se observar na Fig. 5, na cidade de Manaus, os eventos mais intensos e duradouros ocorreram nos meses de setembro e outubro, onde foram registradas ondas de calor de mais de 15 dias e temperaturas máximas diárias médias nos períodos de quase 39 °C. Em Barreiras, destacam-se as ondas de calor registradas nos meses de outubro, novembro e dezembro, com eventos de mais de 10 dias e temperaturas máximas diárias médias de quase 40 °C.
Em Goiânia, as ondas de calor mais severas (intensas e duradouras) ocorreram nos meses de setembro e outubro, onde identificaram-se eventos com mais de 10 dias de duração e temperaturas máximas diárias médias de quase 40 °C. Em Belo Horizonte, as ondas de calor mais intensas e duradouras foram observadas nos meses de setembro, outubro e novembro, podendo-se destacar o evento ocorrido no ano de 2023, com duração de mais de 10 dias e aproximadamente 36 °C de intensidade média. Em Porto Alegre, destacam-se os eventos ocorridos nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, sem muita variação da duração, mas com intensidades diferentes, registrando temperaturas expressivas de até quase 40 °C de temperatura máxima diária média.
Considerando que os afundamentos em trilha de roda (ATR) são mais críticos nas primeiras estações quentes, enquanto o pavimento é novo (Faccin et al., 2021a), a execução de pavimentos asfálticos e a liberação ao tráfego nesses meses pode contribuir para o aumento do ATR. Além disso, o fenômeno de ilhas de calor nos centros urbanos será potencializado nesses meses em que são registradas as ondas de calor mais intensas e duradouras.
Buscando ampliar as análises e entender a radiação solar durante as ondas de calor, na Fig. 6 são apresentados os gráficos que demonstram as temperaturas máximas diárias do ar, juntamente com os dados de radiação solar total diária, destacando-se os períodos em que há ocorrência dos eventos extremos. Os dados contemplam 5 cidades (1 por região do país) e consideram um período de 2 anos, nos quais foram registrados números expressivos de eventos (dentro do período de 1961-2023).
Conforme pesquisas da área de climatologia, durante as ondas de calor diurnas ocorre um aumento da radiação solar (Shinohara et al., 2023; Smoyer-Tomic et al., 2003; Wu et al., 2023), em função da redução da cobertura de nuvens e aumento da incidência de raios solares (Luo et al., 2022). A consideração dos dados de radiação nos projetos de pavimentação é importante, pois, conforme Motta (1991), a radiação solar é a principal causa de fluxo de calor através ou para o pavimento, tendo influência importante nas temperaturas dos pavimentos asfálticos e, consequentemente, no desempenho (Titus-Glover, 2021).
Dados diários de temperatura máxima do ar e radiação solar total, com identificação das ondas de calor (período de 2 anos por local avaliado).
Ao analisar os dados da Fig. 6 para as 5 cidades, pode-se observar que, muitas vezes, as temperaturas extremas do ar registradas durante as ondas de calor são acompanhadas por valores expressivos de radiação solar diária. Para Manaus, Barreiras e Goiânia, por exemplo, as ondas de calor mais intensas registradas no ano de 2015, com valores expressivos de temperaturas do ar, foram acompanhadas de altos valores de radiação solar diária. A mesma situação pode ser visualizada para a cidade de Belo Horizonte, no início do ano de 2019. Em Porto Alegre, a onda de calor mais intensa do período indicado no gráfico, observada no final de 2019, também é caracterizada por altos valores de radiação solar diária.
As altas temperaturas do ar, combinadas com altos valores de radiação, ocasionam aumento das temperaturas dos pavimentos, deixando-os mais suscetíveis às deformações impostas pelo tráfego e contribuindo para a oxidação e envelhecimento do ligante asfáltico. Tal situação tem impacto importante no desempenho e nos custos da infraestrutura, em função da necessidade de utilização de materiais asfálticos de melhor qualidade ou intervenções mais precoces.
Diante disso, entende-se que a análise dos eventos extremos de calor deve considerar não apenas as anomalias da temperatura do ar, como foi realizado na pesquisa de Matini et al. (2022). Ao avaliar o desempenho de uma estrutura de pavimento aos afundamentos em trilha de roda e ao trincamento por fadiga, sob a condição normal e nove alternativas de ondas de calor em um local nos EUA, Matini et al. (2022) obtiveram resultados indicando que as ondas de calor não impactaram os danos por fadiga e aumentaram em 2,9% os afundamentos em trilha de roda para a estrutura avaliada. Todavia, para a realização das análises, aos autores consideraram apenas as variações da temperatura do ar, mantendo os parâmetros de velocidade do vento, percentagem de luz solar, precipitação e umidade constantes durante as ondas de calor, critério que possivelmente subestimou o impacto das ondas de calor no desempenho dos pavimentos.
Em outro estudo que avaliou o impacto das ondas de calor no desempenho dos pavimentos, Bernier (2023) considerou a variabilidade da radiação que ocorre durante as ondas de calor, concluindo que a onda de calor registrada no ano de 2021 no Canadá aumentou a formação de trilhas de roda nos pavimentos asfálticos em uma média de 22% para vários locais do país. No entanto, o estudo utilizou o modelo Enhanced Integrated Climatic Model (EICM) para o cálculo das temperaturas do pavimento, que por sua vez considera o percentual de luz solar para estimar semi-empiricamente a radiação solar. Diante disso, entende-se importante considerar modelos que possibilitem a utilização direta dos valores medidos de radiação solar nas análises, como o proposto em Faccin et al. (2024b).
Cabe frisar que o presente estudo se limitou a avaliar dez locais no Brasil, utilizando dados de temperatura do ar medidos em estações meteorológicas de superfície, os quais são influenciados pela localização da estação e outras variáveis, como o processo de urbanização, por exemplo. Em função da considerável extensão territorial do Brasil e sua variabilidade climática, os achados não podem ser extrapolados para todo o país; todavia trazem informações relevantes sobre a problemática. Além disso, apesar de haver consenso sobre o impacto negativo dos aumentos de temperatura e eventos extremos de calor nos pavimentos asfálticos, faz-se necessário ampliar os estudos para quantificar o real impacto na vida útil das estruturas.
4. Conclusões
a) é evidente que o aumento das temperaturas é uma realidade no Brasil, sendo, de maneira geral, mais acentuado após o ano 2000. A maior quantidade de eventos extremos, aliada à maior intensidade e duração, demandam mais dos materiais asfálticos em termos de desempenho e afetam negativamente o fenômeno de ilhas de calor nas cidades brasileiras;
b) Observou-se que há tendências de aumento dos valores anuais médios dos 7 dias consecutivos mais quentes ao longo do período de 1961-2023, para todas as 10 cidades avaliadas, com acréscimos anuais variando entre 0,02404 °C/ano até 0,07752 °C/ano, confirmadas por meio do teste de Mann-Kendall. Os resultados indicam que, de maneira geral, os aumentos dos valores de temperatura são mais expressivos nos últimos (1992-2023). Além disso, destacam-se os valores observados nas cidades localizadas no Centro-Oeste (Cuiabá e Goiânia), com uma taxa de crescimento de aproximadamente 0,12 °C/ano entre os anos 1992-2023. Tal situação demanda materiais asfálticos de melhor desempenho, levando, em muitos casos, à necessidade de ligantes modificados. Além disso, a consideração de um registro climático estacionário (sem considerar as mudanças do clima) pode ocasionar a seleção inadequada do tipo de ligante ou o subdimensionamento das estruturas de pavimentos;
c) De modo geral, identificou-se um aumento do número anual de ondas de calor ao longo do período de 1961-2023, com acréscimos expressivos nas cidades das regiões Norte, Nordeste e Centro-Oeste, especialmente após os anos 2000. Nas cidades do Sudeste e Sul, é possível observar que não houve um aumento considerável da quantidade de ondas de calor ao longo do período avaliado, entretanto, a partir da década de 90, os eventos extremos foram mais frequentes, ocorrendo em quase todos os anos na cidade de São Paulo. O aumento na quantidade das ondas de calor deixa os pavimentos asfálticos mais vulneráveis ao surgimento de afundamentos plásticos, além de potencializar as ilhas de calor nos centros urbanos;
d) Para as cidades da região Norte, Nordeste, Centro-Oeste e as cidades de São Paulo e Londrina, de maneira geral, as ondas de calor mais intensas e duradouras ocorreram nos anos mais recentes, especialmente a partir de 2005. Na região Sudeste e Sul, cabe destacar Belo Horizonte e Porto Alegre onde, apesar de não ocorrer aumento visível na duração das ondas de calor, os eventos registrados recentemente apresentam maior intensidade média;
e) Nas cidades de Manaus e Goiânia, os eventos mais intensos e duradouros ocorreram nos meses de setembro e outubro. Em Barreiras, destacam-se as ondas de calor registradas nos meses de outubro, novembro e dezembro. Em Belo Horizonte, as observadas nos meses de setembro, outubro e novembro. Já em Porto Alegre, merecem atenção os eventos ocorridos nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro. Diante disso, nessas cidades, recomenda-se especial atenção durante a execução de pavimentos asfálticos e liberação ao tráfego nesses meses, pois os afundamentos em trilha de roda são mais críticos nas primeiras estações quentes, quando o pavimento é novo;
f) Pode-se destacar algumas ondas de calor severas que ocorreram recentemente. Manaus registrou em 2023 uma onda de calor com duração de 15 dias e temperaturas máximas diárias médias no período de quase 39 °C; mesmo ano que Barreiras foi assolada por onda de calor de 7 dias e intensidade média de quase 40 °C; e Belo Horizonte passou por mais de 10 dias consecutivos com temperaturas máximas médias de aproximadamente 36 °C. Goiânia foi atingida no ano de 2020 por uma onda de calor de 14 dias e temperatura máxima média de quase 40 °C, mesmo ano em que ocorreu onda de calor de 7 dias seguidos e intensidade média de quase 39 °C em Porto Alegre;
g) Observou-se que, muitas vezes, as temperaturas extremas do ar registradas durante as ondas de calor são acompanhadas por valores expressivos de radiação solar. Tal combinação potencializa o aumento das temperaturas dos pavimentos, deixando-os mais suscetíveis às deformações impostas pelo tráfego e contribuindo para a oxidação e envelhecimento do ligante asfáltico, devendo ser considerada em futuras análises de desempenho.
Considerando os achados do presente estudo, no sentido de aumento e intensidade dos extremos de calor no Brasil, alinhado com a bibliografia especializada da área de pavimentação, que indica impacto negativo desses eventos nos pavimentos asfálticos, especialmente para a deformação permanente e formação de ilhas de calor, torna-se imperioso avaliar o real impacto desses eventos no desempenho e no custo dos pavimentos brasileiros. Além disso, entende-se urgente que a sociedade, a comunidade de pavimentação e os órgãos públicos busquem alternativas para colaborar no enfrentamento do problema no país.
Além de estratégias de redução das emissões de gases do efeito estufa, como medidas de médio e longo prazo; no curto prazo deve-se considerar alternativas como a utilização de ligantes asfálticos modificados e pavimentos frios. Ademais, entende-se pela urgência na implementação de metodologias de projeto e seleção de materiais que possibilitem a consideração das condições climáticas no Brasil: como o método Superpave para seleção de ligantes e os métodos mecanístico-empíricos para dimensionamento de pavimentos, por exemplo.
Importante frisar que o presente estudo avaliou apenas os eventos extremos de calor. No entanto, cabe registrar que a infraestrutura rodoviária também é fortemente afetada por outras condições climáticas. O estado do Rio Grande do Sul, por exemplo, desde o segundo semestre de 2023, tem enfrentado eventos climáticos extremos, incluindo ciclones extratropicais e volumes elevados de precipitação. Entre abril e maio de 2024, o estado sofreu com eventos devastadores, que provocaram inundações generalizadas e danos significativos para a infraestrutura rodoviária do estado, como inundações, enxurradas e deslizamento que impactaram e, em certos locais, destruíram o pavimento (Fedrigo et al., 2024). Por fim, os autores recomendam fortemente a continuada realização de estudos sobre este tema, a urgente aplicação de medidas mitigadoras do aquecimento global e a consideração de estruturas de infraestrutura resilientes.
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Datas de Publicação
-
Publicação nesta coleção
09 Jun 2025 -
Data do Fascículo
2025
Histórico
-
Recebido
07 Fev 2025 -
Revisado
01 Maio 2025 -
Aceito
06 Maio 2025
