3.01 Tesis doctorado

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A cyber-physical systems approach to collaborative intersection management and control
(2023) Guzmán Gómez, José Antonio; Núñez Retamal, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
A medida que la población urbana aumenta, la congestión vehicular se ha convertido en una fuente importante de molestias y pérdidas económicas en las zonas urbanas. En este contexto, el concepto de Sistemas Inteligentes de Transporte toma relevancia como opción para optimizar el control del tráfico con el uso de la tecnología. Este trabajo propone un enfoque de sistemas ciberfísicos para el control colaborativo del trafico urbano. En concreto, se propone una arquitectura de tres capas para abordar el problema de la gestión de intersecciones, con una capa física que alberga los detectores de tráfico y los actuadores de las señales de tráfico, una capa cibernética encargada de realizar el procesamiento de datos, la comunicación con los vecinos y la manipulación de las señales de tráfico, y una capa cloudlet capaz de implementar aplicaciones de alto nivel. Una primera implementación en un entorno pseudo-real, utilizando un controlador fuzzy-experto diseñado y un novedoso actuador basado en Petri-nets temporizadas, muestran que el sistema propuesto es capaz de manejar las cargas de comunicación y procesamiento, a la vez que mejora el rendimiento del tráfico con respecto a las soluciones clásicas de manejo de señales de tráfico, superando a los métodos de control temporizado, Webster y coordinado en las pruebas a escala piloto. Para validar la arquitectura en un entorno real, una aplicación de predicción de tráfico en tiempo real en el área urbana de Las Vegas es presentada, construida como una aplicación cloudlet con flujo de datos en tiempo real desde sensores de la infraestructura y predictores de tráfico basados en modelos de aprendizaje profundo. Los resultados de la implementación muestran la viabilidad de hacer predicciones de tráfico en tiempo real con la tecnología actual y la utilidad del reentrenamiento periódico para mantener la precisión de la predicción. Finalmente, este trabajo propone un esquema de control distribuido basado en el aprendizaje reforzado (RL) que aprovecha la naturaleza del problema basada en datos, la cooperación entre intersecciones y la modularidad de la arquitectura propuesta. En concreto, se sintetiza un controlador RL que manipula los semáforos utilizando la información de las intersecciones vecinas en forma de un embebido obtenido de una aplicación de predicción de tráfico. Los resultados de la simulación con SUMO muestran que el esquema propuesto supera a las técnicas clásicas en términos de tiempo de espera y otros índices clave de rendimiento.
Assessing environmental and economic performance of Municipal Waste Services: an empirical application for Chile
(2024) Llanquileo Melgarejo, Paula Iris; Molinos Senante, María; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La recolección y manejo de los residuos sólidos urbanos (RSU) es un servicio público que impacta en el medio ambiente y la salud pública. A pesar de los esfuerzos realizados desde la política pública, a nivel global, el volumen de RSU generado ha aumentado notablemente en la última década. Es por ello que, en el contexto de economía circular, instituciones internacionales como las Naciones Unidas y la Unión Europea están impulsando la recogida selectiva y el reciclaje de residuos. Por otro lado, el aumento del volumen de RSU tiene marcadas consecuencias no solo desde el punto de vista ambiental sino también económico. Teniendo en cuenta las restricciones presupuestarias que afectan a los sectores públicos, mejorar el desempeño en la prestación de servicios de RSU ha sido identificado por los municipios como una excelente opción para mejorar la sustentabilidad en la gestión de RSU. La evaluación del desempeño de las municipalidades en la recolección y disposición de residuos es un tópico que comenzó a estudiarse en la última década, pero aún es incipiente. La mayoría de los estudios anteriores se centraron en evaluar el desempeño económico de los municipios en la gestión de RSU sin diferenciar entre residuos reciclados y no reciclados. La revisión de la literatura sobre este tema muestra que existen tres vacíos de conocimiento: i) evaluación del impacto de la recolección separativa y reciclaje de RSU en el desempeño a través de la comparación de los indicadores de eficiencia y eco-eficiencia; ii) evaluación del cambio en el desempeño de municipios en la gestión de RSU lo largo del tiempo; iii) evaluación del desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos en la prestación de servicios de RSU. El objetivo principal de esta tesis es, evaluar el desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos en la prestación de servicios de RSU. Para lograr este objetivo, se definieron los siguientes objetivos específicos: i) evaluar el impacto de la recolección selectiva y el reciclaje de RSU en el desempeño de los servicios de residuos municipales mediante la comparación de índices de eficiencia y ecoeficiencia; ii) evaluar si los cambios en las tasas de recolección selectiva y reciclaje de RSU han impactado en el desempeño ambiental y económico de los municipios a lo largo del tiempo comparando los índices de cambio de productividad y cambio de eco-productividad y; iii) identificar los factores externos a la gestión que realizan los municipios que inciden en su desempeño medido como eficiencia, ecoeficiencia, productividad y eco-productividad. Para lograr estos objetivos, se han aplicado varios modelos de análisis envolvente de datos (DEA). DEA es una técnica no paramétrica basada en programación lineal que mide el rendimiento relativo de las unidades en función del uso de inputs para producir outputs. Permite integrar outputs deseados, que en este caso son residuos reciclados, y outputs no deseados, residuos no clasificados. Por lo tanto, este enfoque metodológico permite la evaluación conjunta del desempeño económico y ambiental de los municipios en la prestación de servicios de RSU. De acuerdo con los objetivos planteados, esta tesis doctoral abarca 4 publicaciones científicas enfocadas en evaluar el desempeño económico y ambiental de los municipios chilenos utilizando una base de datos robusta de 2015 a 2019 cuyos principales resultados son los siguientes: i) El 40,4% de los municipios chilenos evaluados presentaron economías de escala negativas en la prestación de servicios de RSU. Este hallazgo evidencia que el tamaño actual de la operación de los municipios no es óptimo; por lo tanto, se debe promover la organización conjunta de sistemas de gestión de RSU; ii) la ecoeficiencia promedio de los municipios chilenos fue de 0,58 y el 92,3% de ellos no eran ecoeficientes; iii) la recolección selectiva y el reciclaje de RSU impactaron el desempeño de los municipios desde el punto de vista estadístico. El porcentaje de municipios ineficientes fue de 95,30% y 96,64%, según los scores de eficiencia y ecoeficiencia, respectivamente; iv) las estimaciones de cambio de productividad promedio son mayores que las asociadas a cambios en la eco-productividad para todos los años evaluados; v) los puntajes promedio agregados de cambio de productividad y cambio de ecoproductividad para 2015/19 fueron 2,73 y 1,33, respectivamente, lo que revela que el desempeño de los municipios chilenos también ha mejorado desde una perspectiva ambiental; vi) Se evidenció una divergencia considerable en los puntajes de cambio de eco-productividad entre los municipios chilenos y, por lo tanto, se recomienda desarrollar e implementar políticas a escala metropolitana o regional para aprovechar las economías de escala potenciales en la recolección y el tratamiento de RSU.
Capacidad sísmica de muros de hormigón armado dañados y rehabilitados
(2022) Moscoso Fernández Salvador, Jorge Fernando; Hube Ginestar, Matías Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Después del terremoto de 2010 en Chile y los terremotos de Canterbury de 2010/2011 en Nueva Zelanda, se demolió o rehabilitó un número significativo de edificios de muros de hormigón armado (HA) con diferentes niveles de daño. La toma de decisiones acerca de demoler o rehabilitar edificaciones después de un sismo dependen de los niveles de daño observados en los componentes estructurales. Las rehabilitaciones en componentes estructurales están delimitadas por técnicas que no cuentan con suficiente evidencia experimental. Los objetivos principales de esta tesis son: (1) Determinar la capacidad sísmica residual en muros de HA con daño sísmico inicial y (2) Determinar la capacidad sísmica en muros de HA rehabilitados. Para cumplir el primer objetivo se evaluó experimentalmente la capacidad sísmica residual de seis muros de HA con bordes no confinados. Tres muros se ensayaron bajo un protocolo de carga lateral cíclica, y los otros tres muros se ensayaron bajo dos protocolos de carga lateral cíclica para inducir daño inicial. Las variables de los ensayos fueron la relación de los muros y la relación de deriva objetivo de los protocolos de carga. Los resultados de los ensayos indican que los seis muros mostraron un comportamiento dominado por flexión. Los anchos de grietas residuales medidos en los tres muros ensayados con daño inicial fueron solo el 6 % del ancho de grieta sugerido por FEMA 306 para los niveles de daño identificados. Los resultados experimentales mostraron que la rigidez efectiva de los muros disminuyó significativamente debido al daño previo. Sin embargo, la resistencia máxima de los muros no se vio afectada considerablemente y la capacidad de deriva lateral no se redujo por los daños previos. Por lo tanto, se concluye que muros de HA similares a los de este estudio que se someten a derivas previas de entre 1.5% y 2.0% no requieren ser rehabilitados para recuperar resistencia ni capacidad de deformación. Estos muros podrían ser rehabilitados con el objetivo de recuperar su rigidez solo si se estima necesario este objetivo. Para cumplir el segundo objetivo se evaluó experimentalmente la capacidad sísmica de los seis muros de HA ensayados en la primera parte de este estudio, rehabilitados con dos técnicas diferentes. Cuatro muros se rehabilitaron con adición de elementos de borde y dos muros se rehabilitaron con un aumento en el espesor del muro. Estas rehabilitaciones fueron observadas en edificios chilenos luego del terremoto del Maule de 2010. El objetivo de las rehabilitaciones fueron incrementar la resistencia y la capacidad de deformación de los muros. Los muros rehabilitados se ensayaron bajo un protocolo de carga lateral cíclica hasta la falla. Los resultados de los ensayos mostraron que las técnicas de rehabilitación utilizadas cambiaron el modo de falla de los seis muros y que el objetivo de incrementar la resistencia lateral máxima se alcanzó satisfactoriamente en los seis muros rehabilitados. Sin embargo, el objetivo de incrementar la capacidad de deformación y la ductilidad no se alcanzó satisfactoriamente en los seis muros rehabilitados. Por lo tanto, se concluye que muros de HA rehabilitados con técnicas similares a las de este estudio, pueden generar modos de fallo distintos y no incrementan la capacidad de deformación, lo cual puede derivar en fallas en otras zonas de los edificios. Adicionalmente, es posible que edificios rehabilitados con estas técnicas puedan mostrar modos de falla similares a los observados en esta investigación frente a solicitaciones sísmicas futuras. Los resultados de este estudio se espera que sirvan como evidencia experimental de la capacidad sísmica residual en muros de HA y de la capacidad sísmica en muros de HA rehabilitados. Finalmente, los resultados obtenidos es este estudio se espera que sirvan para calibrar modelos analíticos de muros de HA con daño previo y de muros de HA rehabilitados.
Climate and land use change effect over hydrologic signatures
(2023) Henríquez Dole, Lenín Esaú; Gironás León, Jorge Alfredo; Meza, Francisco Javier; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Agua y territorio están íntimamente vinculados. Algunos fenómenos relacionados con el uso del suelo, como la expansión urbana o de la agricultura, pueden causar cambios en el régimen hídrico. Claramente, la gestión integrada de los recursos hídricos y la planificación territorial están conectadas. Sin embargo, sus vínculos no siempre son directos. En esta investigación, proponemos la modelación como técnica para conectar el territorio y el agua, históricamente y en el futuro, especialmente si se hace de manera espacialmente explícita, integrada (multidisciplinaria) y a diferentes escalas. Los escenarios de uso del suelo, junto con los escenarios de cambio climático, han demostrado proporcionar conocimientos valiosos para la evaluación de impactos de la planificación del territorio bajo condiciones climáticas futuras. Además, las condiciones políticas obtenidas de la planificación estratégica del uso del suelo se integraron en la modelación, y se compararon con las tendencias. Las métricas del paisaje, derivadas de estos escenarios de uso del suelo, se han utilizado para la evaluación de dichas configuraciones del paisaje (por ejemplo, fragmentación urbana) y se han validado por la comunidad. Adicionalmente, estas métricas del paisaje se han relacionado con las huellas hidrológicas, lo que demuestra que existe una relación y que puede medirse; en otras palabras, a partir de un mapa del paisaje se pueden estimar los efectos en el régimen hidrológico. Finalmente, dado que la mayoría del agua disponible se usa en agricultura, los escenarios de uso del suelo se introdujeron en un modelo de gestión del agua agrícola para la evaluación de los escenarios de cambio climático en áreas de riego. Aunque la protección de la conversión de las áreas de riego en áreas urbanas puede parecer beneficiosa, bajo estos escenarios futuros la demanda no satisfecha aumenta y la fiabilidad del sistema disminuye debido al aumento de la superficie regada, la temperatura y la disminución de la precipitación o agua disponible. Esto abre un nuevo campo de investigación en el que los gestores del agua pueden trabajar juntos con los planificadores territoriales para evaluar los efectos de la configuración del territorio sobre la hidrología.
Design of urban distribution systems using public transport services
(2024) Azcuy Fuentes, Irecis Lazara; Giesen Encina, Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El crecimiento de las ventas con entrega a domicilio ocasiona mayores retos para las operaciones de la última milla. Las consecuencias de no consolidar las entregas en un solo lugar implican (i) mayores costos de distancia debido a la dispersión geográfica de los clientes, (ii) menor eficiencia debido a que los clientes requieren recibir sus entregas lo más rápido posible, ocasionando mayor flota y viajes de vehículo de última milla. Como resultado, aumentan los niveles de congestión y contaminación en las ciudades. Mundialmente, la tasa de crecimiento del comercio electrónico ha sido de un 23 por ciento en los últimos cinco años anteriores a 2021 (Statista, 2023b). En Chile, dicha tasa es del 31 por ciento (Statista, 2023a), siendo alrededor del 87 por ciento entregas con destino a domicilio (Statista, 2022). A su vez, la operación en la última milla es muy difícil con el aumento de la congestión, en especial cuando las entregas son sensibles al tiempo. En Santiago de Chile, producto a la congestión, los tiempos de viaje han sido en promedio entre 38 y 48 por ciento más largos en comparación con condiciones sin tráfico (Galetovic, 2006). Los tiempos de viaje no parecen mejorar por el incremento de vehículos en la ciudad (Zegras, 2010). Otro fenómeno que impacta en la eficiencia de la última milla, es la tendencia mundial a reubicar los centros logísticos cada vez más lejos de los centros de consumo urbano. Este efecto ocasiona un aumento de la distancia y por ende los tiempo de viaje hacia los consumidores, ocasionando mayores costos de transporte y tráfico en zonas residenciales (Dablanc & Rakotonarivo, 2010). En esta tesis doctoral, analizamos un sistema de distribución a dos niveles en colaboración con los servicios de transporte público como alternativa para mejorar la eficiencia y reducir los costos asociados a las entregas a domicilio. El uso de servicios de transporte público en el primer nivel hasta determinadas paradas designadas puede ayudar a evitar el tráfico urbano por el acceso que tienen muchos de estos servicios a vias prioritarias, al mismo tiempo que se aprovechan eficientemente una red de transporte público existente. Posteriormente, una vez dentro de las áreas urbanas, se pueden utilizar vehículos de última milla más pequeños para cubrir la distancia restante desde las paradas de servicio de transporte público hasta los clientes finales. El objetivo general de esta tesis doctoral es evaluar bajo qué escenarios de demanda en cuanto a densidad de entregas, oferta de transporte público y servicios de entrega, la integración del transporte público en la logística urbana permite reducir los costos de distribución frente a enfoques tradicionales como los sistemas de envío directo. Esta tesis doctoral presenta una metodología para evaluar los beneficios de este esquema integrado desde la perspectiva del proveedor logístico, y desde un enfoque de planificación estratégica. Desarrollamos modelos matemáticos de programación lineal entera mixta que representan el problema de ubicar las estaciones de transferencias en paraderos, con el objetivo de minimizar los costos operativos de última milla. La tesis doctoral aporta ideas sobre como diseñar la red de estaciones de transferencia, a partir de modelos analíticos y matemáticos. Curiosamente, nuestros modelos analíticos se alinean con nuestro modelo matemático de programación lineal entera y ofrecen valiosas aportes sobre las decisiones estratégicas de localización para el uso de una ruta de transporte público y eligiendo una estación de transferencia. Realizamos un amplio análisis de sensibilidad para una topología de red de transporte público de una sola ruta de servicio y una ruta de servicio bifurcada. Para esta última topología, aprovechamos métodos de aproximación continua para estimar los costos de ruteo con el fin de centrarnos en un análisis a mayor escala. En base al modelo matemático y el enfoque de solución, realizamos un caso de estudio experimental que considera información precisa sobre los servicios de transporte público y los tiempos de viaje dentro de la ciudad de Santiago de Chile. Estimamos el funcionamiento de las entregas de comercio electrónico basándonos en datos de la ciudad. En todos nuestro análisis, evaluamos los ahorros de este sistema integrado en comparación con el caso de distribuir sin usar los servicios de transporte público. Tras un exhaustivo análisis de sensibilidad, la tesis doctoral destaca las condiciones más aconsejables para involucrar al transporte público en las entregas de última milla. Verificamos que planificar eficientemente la ubicación de estaciones posibilita lograr ahorros con respecto a entregar directo desde el centro de distribución, de alrededor de un 7 por ciento en condiciones de flexibilidad de los tiempos de entrega. Dichos ahorros están directamente relacionados a la operación del transporte público en condiciones de plazos ajustados. En general, los resultados sugieren que el uso de una red de tránsito segregada del tráfico urbano congestionado en parte del trayecto podría permitir contrarestar los elevados costos de los pequeños envíos que requieren entregas rápidas a domicilio. Sin embargo, antes de emprender este nuevo esquema de colaboración, es esencial evaluar en profundidad los costos por uso del transporte público. En nuestros análisis hemos ignorado estos costos, ya que éstos dependen de una negociación y de un análisis costobeneficio por parte de ambos operadores. No obstante, analizamos una cota inferior de los costos de operar estos sistemas que sirve como punto de partida para orientar el proceso de implementación de un sistema de colaboración con el transporte público en las ciudades.
Determination of efficient frontiers for urban public transport system configurations
(2023) Basnak Klajn, Paul Alexander; Giesen Encina, Ricardo; Muñoz Abogabir, Juan Carlos; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
One of the fundamental aspects when planning an urban public transport system is to define which modes provide the greatest benefit both for the city residents and for the system operators. Two relevant questions arise from this: What characteristics of cities and their people are relevant to define these modes? What are the efficiency frontiers – that is, the minimum and maximum values of these relevant characteristics – for the different modal configurations that an urban public transport system should have? The available literature addresses these questions through recommendations based on existing systems and mathematical optimization models. However, recommendations based on existing systems are often limited to simple criteria based on the population of cities an the income of their residents, which ignores the relevance of other factors explaining public transport trips in lines or networks. For their part, optimization models have been widely used to define the ideal fundamental characteristics that a given transport service or network should have, such as frequency, density of lines and distance between stops, but they usually lack in linking the real characteristics of cities with the transport technologies that allow minimizing total costs. In addition, there are no known systematic efforts to link both mentioned approaches, considering the behaviour of people in their mode choice. The general objective of this research is to develop classification and optimization models to recommend which public transport modes a city should have according to their basic characteristics. Moreover, the proposed models are applied in simple representations of cities with low-capacity modes and in transit lines with high-capacity modes. Based on this general aim, the main objectives are the following: a) Estimate aggregate classification models at the city level to determine which geographic and socioeconomic factors of cities and their residents define the existing modal supply in their public transport systems. b) Provide recommendations about the set of modes to be used in cities below 200,000 inhabitants, by applying social cost minimization models in simplified representations of such cities. c) Propose improved demand thresholds that set the recommendation between high-capacity modes (bus, Bus Rapid Transit [BRT], Metro) through optimization models in transit lines. To achieve this objective, a stated preference study was first performed, which allowed for improving the perception of the penalty for crowding in public transport vehicles. Once these valuations were obtained, cost minimization models were applied in corridors to update the demand thresholds to allow a better selection of the most efficient technology. In conclusion, we identified common determinants of higher capacity transit modes in cities, both for the existing and recommended systems, such as a higher population, income, and linear form. From the onset of COVID-19, users were found to penalize traveling in crowded transit vehicles with non-linear functions increasing with density of passengers in the vehicle and the proportion of users not wearing facemasks. When applying these valuations to line optimization models, the minimum demand that justifies building a BRT over a standard bus line is reduced when facemask use compliance is lower, and directionality of demand is less significant than if pre-pandemic values were used.
Estimación de la irradiación solar en superficies verticales en entornos urbanos para aplicaciones fotovoltaicas integradas en edificios (BIPV)
(2024) García Rojas, Redlich Javier; Escobar Moragas, Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La evaluación del recurso solar para el financiamiento y ejecución de proyectos de energía solar es fundamental, debido a que permite tener una estimación del desempeño del proyecto en cuanto a producción de energía y retorno de inversión. Esta evaluación del recurso en sitios despejados se encuentra en un gran estado de madurez gracias a las estimaciones satelitales y las campañas de medición. Sin embargo, la evaluación del recurso solar en entornos urbanos, donde existen factores como la compacidad, densidad de población, y diversas superficies de reflexión, no ha alcanzado todavía el mismo nivel de madurez. De ahí la importancia de desarrollar una metodología para la estimación de la irradiancia solar en superficies verticales en ciudades. Esta disertación se centra en la estimación de irradiancia solar en superficies verticales de entornos urbanos de baja densidad para aplicaciones de BiPV (Building Integrated Photovoltaic), con el fin de crear una base de conocimiento científico para el desarrollo sustentable de ciudades que tengan alto índice de compacidad, características topográficas heterogéneas y diversidad en la arquitectura urbana. El objetivo general de esta investigación es desarrollar una metodología para la estimación de las distintas componentes de la radiación solar en ambientes urbanos, utilizando herramientas de acceso abierto, en la ciudad de Santiago de Chile como caso de estudio, incluyendo la radiación en superficies verticales para aplicaciones BiPV. Los objetivos específicos son: i) Ajustar los predictores del modelo de descomposición BRL, mediante la incorporación de la climatología local y la aplicación de una metodología rigurosa de control de calidad de datos, a partir de la radiación obtenida mediante series de mediciones a largo plazo, ii) generar diversos modelos digitales de superficie a través de la técnica de fotogrametría utilizando datos de herramientas de acceso abierto, iii) desarrollar una metodología para estimar la radiación solar en un plano vertical que incluya el albedo, la compacidad, el factor de cielo visible mediante una corrección de elevación, la descomposición de la irradiancia global y difusa y una topografía de terreno, usando datos de Google Earth y MODIS LSA y iv) evaluar la producción de energía fotovoltaica en plano vertical a partir de los datos de radiación estimados en el plano vertical. El enfoque metodológico en esta investigación se divide en 7 procesos: i) Selección de área urbana, ii) análisis y estimación en plano vertical de la radiación solar, iii) desarrollo de un modelo digital de superficie (DSM) urbano, iv) generación del albedo del DSM, v) análisis de sombras y factor de cielo visible, vi) integración de la reflexión por albedo urbano y vii) validación de la metodología con un sistema de producción fotovoltaica con tecnología BiPV. Con respecto a la descomposición de la radiación solar, a través del ajuste de los predictores del BRL para diversas ubicaciones demostró que dichos coeficientes fueron diferentes entre sí, lo que sugiere un carácter local para el modelo. Además, el resultado de aplicar esta metodología a los casos de estudio en Chile fue que el valor estimado de radiación para la pared Norte es de aproximadamente 1000 kWh/m2 /año en toda la superficie, lo cual es de suma utilidad para los proyectos de BiPV, ya que estos son los valores de radiación que utilizan para la instalación este tipo de sistemas solares. En cuanto a los valores de radiación a lo largo de las paredes, se analizaron tres puntos de alturas respecto al suelo: 5 m, 20 m y 32 m. De forma general, se observó que la radiación a 5 m es menor que a 20 m y 32 m, con una diferencia del orden de 2.4% debido a los obstáculos cercanos. La validación de la metodología se realizó de dos formas: la primera con mediciones en el plano vertical en las fachadas Este y Oeste para los edificios de Santiago de Chile, y para el edificio de Madrid, en las fachadas Este, Oeste y Sur, arrojando errores en base diaria de 12%, para la base mensual de 13%, y para la base anual 8% en promedio. Y la otra validación se realizó en el edificio 42 del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), ubicado en la ciudad de Madrid – España, ya que cuenta con una instalación de BiPV. Se aplicaron todos los procedimientos descritos para obtener la radiación en superficies verticales y se validaron con las respectivas mediciones de radiación en plano vertical que están instaladas en el mismo centro de investigación. Acto seguido, se comparó la generación de producción eléctrica, utilizando tanto los datos medidos por el Centro de Investigación como los estimados a través de la metodología propuesta en este trabajo. Considerando principalmente la fachada Sur que es la más importante en el hemisferio Norte y obteniendo errores anuales de producción en la fachada Sur y Oeste de 7% y 19%, respectivamente. Finalmente, esta metodología se comparó con otros trabajos que utilizan metodologías diferentes para estimar la radiación en planos verticales, encontrándose que los errores están dentro de la media de dichos trabajos. Por lo tanto, con esta validación también se confirma la replicabilidad de la metodología, ya que fue aplicada en Santiago – Chile, y en Madrid – España, evaluándose tres edificios distintos con condiciones urbanas, climáticas y hemisferios diferentes, y encontrándose errores que son aceptables dentro del resto de trabajos de esta misma naturaleza. En consecuencia, esta investigación demuestra que la metodología desarrollada utilizando series de medición de largo plazo y herramientas de acceso abierto es una opción válida para estimar la radiación solar de superficies verticales en entornos urbanos de baja densidad y sirve de base para la implantación de tecnologías solares como BiPV. No obstante, los responsables de la formulación de políticas energéticas, y los encargados de tomar decisiones, como los ministerios y entidades gubernamentales, deberían promover la autosustentabilidad de ciudades como actuación prioritaria. Esto se puede lograr reconociendo el potencial energético que tienen las ciudades. En esta línea, esta tesis de investigación manifiesta el valor que puede tener la energía solar en entornos urbanos de baja densidad en Chile para aumentar la diversidad en la futura matriz energética. Proporciona métodos y pautas innovadores de libre acceso para estimar la radiación solar en superficies verticales de edificios. También resalta el valor de calcular la producción fotovoltaica integrada en edificios a partir de la radiación estimada. De esta manera, se necesita más investigación aplicada, como la presentada en esta tesis, para seguir estudiando la radiación en entornos urbanos y agregar más valor a los futuros sistemas de generación solar dentro de los mismos.
Opportunities, challenges and design of data visualization in public policy: data stories in agenda setting
(2023) Garretón, Manuela; Parra Santander, Denis; Dörk, Marian; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
En una sociedad basada en datos, éstos adquieren un papel fundamental para las políticas públicas, ya que confiamos en ellos para tomar decisiones que afectan a nuestras vidas. La mayoría de las personas acceden a los datos a través de visualizaciones publicadas en medios de comunicación. Es a través de estos encuentros que los ciudadanos se familiarizan con el mundo de la política y forman su opinión respecto a temas que afectan a la sociedad, configurando una parte del debate público. Este debate es esencial para el proceso de creación de una política pública. En este proceso se reconocen varias etapas. La primera y crítica de estas etapas, es el establecimiento de la agenda (agenda-setting). En esta, se define un problema y se discuten soluciones alternativas, atrayendo o perdiendo la atención pública y en la cual, los medios de comunicación tienen una influencia determinante. Las visualizaciones de datos publicadas en los medios de comunicación son cada vez más importantes, ya que ayudan a los ciudadanos a comprender cuestiones complejas y, por tanto, influyen en la forma en que los lectores se forman una opinión al respecto. Suelen formar parte de historias basadas en datos, un género del periodismo que combina texto, infografías, gráficos estadísticos y otros tipos de artefactos visuales, como fotografías, vídeos e ilustraciones. En esta investigación, entenderemos la visualización de datos como parte de las historias basadas en datos y como un proceso continuo que va desde una fase de codificación (traducción de los datos en elementos visuales) por parte de los autores hasta una fase de descodificación (interpretación de las representaciones para comprender los datos) por parte de la audiencia. Las historias con datos publicadas en los medios de comunicación suelen definir un problema al que se enfrenta la sociedad y pasan a formar parte de la etapa de establecimiento de la agenda. Por tanto, es importante que se diseñen de forma eficaz para que formen parte del debate público en una sociedad basada en datos. En la literatura identificamos varios modelos que guían el proceso de diseño de la visualización de datos, sin embargo, sólo encontramos uno que guía el proceso de transformación de datos en historias visuales (Lee et al., 2015). En este estudio indagamos si estos, son capaces de integrar los factores que intervienen en las fases de codificación y descodificación para garantizar que la información presentada, conduzca a la audiencia a la interpretación que los autores pretendían. El objetivo de esta investigación es, por tanto, comprender las historias basadas en datos en la etapa de establecimiento de la agenda, con el fin de identificar los aspectos clave a tener en cuenta para la futura implementación de un modelo que guíe su proceso de diseño. Esto permitirá a los autores crear visualizaciones más eficientes (y responsables) para la interpretación de los lectores. Esta investigación se divide en tres etapas, que indagan independientemente aspectos críticos para la propuesta del modelo de diseño. La principal metodología utilizada es la Design Studies Research (Kuechler & Vaishnavi, 2012) . La primera etapa corresponde a una revisión de literatura sobre historias basadas en datos, con especial atención a los factores que determinan el proceso de transformación de los datos en historias visuales. En la segunda etapa, buscamos esclarecer el papel comunicativo de la visualización de datos dentro de las historias basadas en datos (Garretón et al., 2023a). La tercera, es un estudio empírico sobre los efectos de las historias basadas en datos en el cambio de actitud hacia un tema presentado (Garretón et al., 2023b). Nuestros hallazgos contribuyen a un número creciente de investigaciones sobre cómo los artefactos visuales pueden ser utilizados para informar e incidir en la opinión y el debate públicos.
Seismic demands in reinforced concrete wall buildings with coupling slabs
(2022) Ramos Castillo, Lilibeth; Hube Ginestar, Matías Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La capacidad inherente de los muros estructurales de hormigón armado (HA) para soportar cargas sísmicas, controlar los desplazamientos laterales y limitar el daño en los componentes no estructurales ha permitido su amplia aceptación en edificios de gran altura. Chile, Colombia, Nueva Zelanda y Canadá, entre otros países, han adoptado los muros estructurales de HA como el sistema principal de resistencia a fuerza lateral para un porcentaje significativo de sus edificios de altura media a alta. Las configuraciones arquitectónicas de este tipo de edificios fuerzan la conexión de los muros estructurales con losas, vigas y muros adyacentes para distribuir los espacios habitacionales. Debido a la interacción que se genera entre estos elementos, los edificios se comportan como sistemas estructurales acoplados, que deben ser estudiados como tal. Estudios sobre edificios de HA dañados por el terremoto de Chile de 2010 han señalado a las losas como un elemento clave para comprender el comportamiento sísmico de estos. Algunas investigaciones recientes, han concluido que el comportamiento de los muros de HA estuvo altamente influenciado por la interacción tridimensional (3D) de estos con el resto de la estructura. Aún más, otro estudio indicó que la acción de acoplamiento entre muros y losas proporciona una resistencia adicional en los edificios a expensas de reducir la capacidad de deformación de los mismos y de aumentar la demanda de corte en algunos muros. A pesar de los avances en el entendimiento de los edificios de muros de HA con losas de acoplamiento, aún falta conocimiento e información sobre su comportamiento sísmico que requiere investigación adicional. Entonces resulta importante evaluar el comportamiento no lineal de las losas para obtener información adicional sobre su influencia en el comportamiento sísmico de los edificios de muros de HA. La interacción entre muros, losas y vigas en los edificios de HA es la motivación de esta investigación. El objetivo principal es identificar cómo la interacción tridimensional de los elementos conectados afecta las demandas sísmicas de los muros de HA en edificios residenciales chilenos. Adicionalmente, analiza el efecto del comportamiento no lineal de las losas como factor clave para entender mejor el comportamiento de dichos edificios. Este trabajo consta de dos partes. La primera considera modelos lineales de edificios con muros de HA, y la segunda modelos no lineales de un edificio de caso de estudio.
Toward resilient and sustainable communities: performance evaluation of light frame timber residential structures subjected to seismic and hurricane hazards
(2024) Valdivieso Cascante, Diego Nicolas; Abbie B., Liel; Guindos Bretones, Pablo; López-García, González Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería ; University of Colorado Boulder
Esta tesis ofrece un análisis profundo sobre el comportamiento estructural y la modelización de estructuras de entramado ligero de madera. Destaca la importancia de un modelado en 3D que refleje con precisión el comportamiento real, frente a las aproximaciones simplificadas en 2D comúnmente usadas en el ámbito profesional. El objetivo principal de esta tesis es profundizar en el entendimiento de las respuestas estructurales ante riesgos sísmicos y huracanados en Chile y Puerto Rico, respectivamente. Esta mayor comprensión podría potenciar la resiliencia de las comunidades en estas zonas ambientalmente sensibles, haciendo al mismo tiempo que la construcción con madera sea más competitiva y factible como opción sostenible en el tiempo. Centrándose en la sostenibilidad, este estudio subraya el importante papel de la madera en la disminución del déficit habitacional y en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial. Basada en desempeño para evaluar los riesgos relacionados con los vientos huracanados. También se consideran los posibles impactos del cambio climático en la frecuencia e intensidad de los huracanes en la isla. Esta tesis integra varios aspectos del comportamiento de los edificios de madera bajo cargas sísmicas y de vientos huracanados, desafiando los enfoques de diseño convencionales y abogando por prácticas sostenibles y socialmente responsables. Las conclusiones y recomendaciones establecen un camino para el desarrollo de prácticas de construcción robustas, eficientes y sostenibles en áreas propensas a amenazas naturales. Se espera que investigaciones futuras expandan sobre los efectos de sistema y los efectos de las capas no estructurales para desarrollar la información necesaria para que los profesionales y académicos consideren tales efectos en el análisis de estructuras de madera. Las investigaciones futuras también deberían centrarse en desarrollar modelos integrales de cambio climático para la evaluación del riesgo ante múltiples amenazas, promoviendo así la resiliencia en comunidades vulnerables a nivel global

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