3.01 Tesis doctorado

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1-G physical modeling of dynamic soil-structure interaction for semi-buried structures using continuous monitoring in space and time
(2022) Segaline Bustamante, Hugo Javier; Sáez Robert, Esteban; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La interacción dinámica suelo-estructura (DSSI) ha sido un tema de gran interés durante las últimas décadas. Varias investigaciones han demostrado la importancia de considerar el suelo como parte del diseño estructural, ya que la respuesta de la estructura puede estar fuertemente influenciada por el suelo en función de sus características. Por el contrario, en la práctica común se suele despreciar los efectos del DSSI pues se asume que es una hipótesis invariablemente conservadora, sin embargo, varios estudios revelan que esta hipótesis no es necesariamente cierta ya que hay varios factores a considerar. Por ello, a lo largo del tiempo se han desarrollado diferentes estrategias, ya sea de modelización numérica, analítica o física, para estudiar distintos aspectos del fenómeno DSSI. Esta investigación se basa en el desarrollo de un nuevo dispositivo de caja laminar capaz de simular las condiciones de contorno lateral del suelo. La principal característica de este contenedor laminar es la transparencia de su parte frontal, lo que permite una visualización completa del suelo y su interacción con las estructuras semienterradas considerando un análisis 2D a través de la técnica de correlación de imágenes digitales (DIC). Además, la distribución de la presión dinámica se obtuvo mediante un sensor táctil, que permite correlacionar las imágenes de desplazamiento con el patrón de presión en las diferentes estructuras parcialmente enterradas. Para el caso de los pisos subterráneos de edificios de muros de corte, se verificaron los efectos de interacción cinemática y su relación con la fuerza ejercida sobre estos muros. Para el caso de muros de contención, se evaluó la variación en el tiempo de la forma de la cuña activa como función de la amplitud del movimiento dinámico. Finalmente, tanto para los muros subterráneos como para los muros de contención, se presenta la distribución de presiones para diferentes configuraciones de diseño en términos de profundidad de enterramiento y contenido frecuencial de la carga.
A transitional proposal for working fluids in csp from GEN2 to GEN3: Evaluating their thermophysical properties, corrosion behavior, and economic impact
(2024) Castro Quijada, Matias Daniel; Videla Leiva, Alvaro Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
In the pursuit of reducing the levelized cost of electricity (LCOE) in concentrated solar power (CSP) plants, the search for working fluids (WF) capable of withstanding higher temperatures than current nitrate-based solar salt has emerged. This endeavor aims to enhance generation efficiency without increasing system costs. Despite consensus favoring chlorides for the new system, challenges such as high melting points and extreme corrosiveness of low-melting-point chlorides (e.g., NaCl-KCl-MgCl₂) have hindered the evolution of this technology. This research proposes a systematic transition from the current solar salt to an equimolar salt mixture of NaNO₃, KNO₃, NaCl, and KCl. The thermophysical properties of these salts were assessed using standard methods and methodology such as DSC for melting point and heat capacity, TGA for degradation temperature, Archimedean method for mass density, and rotational viscometry for viscosity. Results revealed improved properties with increased chloride content up to 50 mol% Cl, showcasing lower melting temperatures with less than 30 mol% Cl, and degradation temperatures reaching 642 °C with 50 mol% Cl, compared to 592 °C for the base case. The addition of chloride also enhances energy density, though concerns arise regarding viscosity at low temperatures and high chloride content.The corrosion rate (CR) and mechanisms associated with chloride-containing salts in 304L stainless steel were investigated at 500 °C for up to 21 days. CR was determined using gravimetry, while the morphology, chemical composition, and microstructure of the corrosion products were characterized using XRD, FESEM-EDS, and GD-OES. Exposure to molten salt with 0 mol% Cl (solar salt) resulted in negligible corrosion. The salt with 14 mol% Cl produced a stable corrosion product with a rate 30 times higher than the chloride free salt. All quaternary salts exhibited a multilayer structure with selective chromium (Cr) removal. Salts with more than 29 mol% Cl showed similar structures with Cr and iron (Fe) removal, leading to more brittle layers and higher corrosion rates (90 to 250 times). Cl diffusion into the oxide layer was confirmed, highlighting the roles of Cl₂(g) and O₂(g) in driving corrosivity. Using salts with 29 mol% Cl at 500 °C is discouraged, while using 304L with 14 mol% Cl in a cold tank may be viable. The salt with 14 mol% Cl content exhibited homogeneous corrosion at 100 µm/year. In contrast, salts with 29 and 50 mol% Cl content displayed localized corrosion, with rates of 280 and 755 µm/year, respectively, after 21 days at 500 °C in an open atmosphere.Potentiodynamic polarization sweep studies on 304L and 316L stainless steels, as well as on Haynes 230 and Hastelloy C-22, in the presence of three selected salts, revealed that superalloys Haynes 230 and Hastelloy C-22 demonstrated remarkable insensitivity to escalating chloride content. Furthermore, Hastelloy C-22 exhibited greater resilience, attributed to its higher molybdenum (Mo) content compared to the tungsten (W) content in Haynes 230, making it a promising material for CSP Gen3.Performance evaluations of the proposed CSP salts, utilizing a tailored TRNSYS library with SAM and DELSOL3 in a MATLAB framework, revealed increased generation efficiencywhen using these proposed quaternary salts. However, considering cost factors, incorporating chlorides and new materials reduced the LCOE to values similar to less thermally stable or more expensive nitrates. While the higher risk may not justify the limited benefits of quaternary salts, this transition path aligns with the stepwise methodology devised by NREL to encourage a gradual Gen3 transition and control investment risk. Therefore, further corrosion and material compatibility studies are necessary to determine the appropriate cost of replacing components and assess its impact on the LCOE through long trial assays
Análisis de fragilidad sísmica de edificaciones de albañilería armada de bloques de hormigón parcialmente rellenos
(2021) Ramírez Bolaños, Pablo Andrés; Almazán Campillay, José Luis; Sandoval Mandujano, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La albañilería armada es uno de los sistemas estructurales más utilizados a nivel mundial para la construcción de edificaciones de baja y mediana altura, en zonas de alta y moderada actividad sísmica. En el caso de Chile, cerca del 32% de todo el inventario de construcciones residenciales lo constituyen edificaciones de albañilería armada. Según los últimos antecedentes sísmicos reportados en el país, un número importante de estas estructuras han presentado un desempeño sísmico desfavorable ante terremotos de moderada y severa intensidad. Esto refleja que deficiencias en el diseño sismo-resistente y/o defectos constructivos pueden haber sido las causas de este mal comportamiento. Con base en esta situación y considerando el contexto del riesgo sísmico en Chile, una evaluación del desempeño sísmico para estas edificaciones se hace necesario realizar, particularmente para aquellas construcciones que se encuentran localizadas en áreas densamente pobladas y en zonas, donde el silencio sísmico ha prevalecido por largo tiempo. Con este enfoque, la presente investigación desarrolla un análisis de fragilidad para estimar la probabilidad de daño esperada en una edificación-tipo de albañilería armada, considerando la variabilidad del movimiento del terreno como la principal fuente de influencia en la incertidumbre de la respuesta sísmica. El prototipo de edificación estudiado corresponde a una vivienda social típica de dos pisos representativa de albañilerías chilenas y estructurada en base a muros de albañilería armada de bloques huecos de hormigón parcialmente rellenos (PG-RCMSW, por sus siglas en inglés). Como apoyo para el desarrollo del análisis de fragilidad, un estudio experimental y numérico es también abordado. En el estudio experimental, las propiedades mecánicas de la albañilería son caracterizadas y la respuesta cíclica de diez muros PG-RCMSW sometidos a cargas laterales reversibles en su propio plano, es analizada para tres variables de diseño: relación de aspecto, cuantía de acero de refuerzo horizontal y nivel precompresión axial. En el estudio numérico, un modelo histerético simple es implementado para reproducir el comportamiento inelástico de los muros ensayados, y un modelo numérico de elementos finitos es propuesto para simular la relación constitutiva fuerza–deformación para una condición de carga monotónica. Con base en los resultados obtenidos de estos estudios, un modelo dinámico simplificado es formulado y funciones de fragilidad, para tres estados límites distintos son derivadas utilizando el enfoque del análisis dinámico incremental (IDA) y el método de análisis de múltiples bandas (MSA). Finalmente, como ejemplo de aplicación, la fragilidad sísmica de la edificación-tipo es estimada para un escenario sísmico determinístico localizado en el norte de Chile, donde la albañilería conformada por muros de bloques de hormigón prevalece como sistema estructural. Como conclusión del análisis de fragilidad, se encuentra que la severidad de los daños esperados para este tipo de construcciones depende principalmente de la configuración geométrica y estructural de los machones que se originan entre las aberturas de los muros resistentes. Un diseño o reforzamiento apropiado para estos elementos, conduciría en alguna medida, a reducir la vulnerabilidad sísmica de estas estructuras ante movimientos sísmicos fuertes.
Effect of the microstructure of 316L stainless steel processed by laser powder bed fusion on its wear performance
(2022) Barrionuevo Chiluiza, Germán Omar; Walczak, Magdalena; Ramos Grez, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La fabricación aditiva de metal (AM) ha cambiado los paradigmas en el procesamiento de materiales. Sin embargo, al tratarse de un proceso de fabricación por capas y debido a la compleja interacción material-láser, la microestructura resultante difiere de las aleaciones homólogas convencionales, y su evolución depende del ciclo térmico, tanto del gradiente de temperatura como de la tasa de solidificación. Dado que las propiedades mecánicas dependen de la microestructura, las propiedades de una pieza fabricada por fusión selectiva láser (LPBF) están significativamente influenciadas por los parámetros de procesamiento y la estrategia de escaneo. Los componentes para aplicaciones de contacto cinemático requieren una evaluación del rendimiento de desgaste en el contexto de LPBF. La presente investigación se centra en el estudio del efecto de la potencia del láser, la velocidad de escaneo y el espaciamiento de la trama sobre la densidad, microdureza y desgaste del acero inoxidable 316L. Se utilizaron varias técnicas de caracterización para determinar cómo la microestructura afecta la resistencia al desgaste: microscopía óptica y electrónica, difracción de rayos X y espectrometría. Para la evaluación del desgaste se utilizó un tribómetro pin-on-disc y nanoindentación. Además, se realizó una simulación de elementos finitos para estudiar el comportamiento de la pileta fundida y determinar el gradiente térmico y la tasa de enfriamiento. Los resultados muestran que la velocidad es el único parámetro estadísticamente significativo que influye tanto en la densificación como en la microdureza. La muestra fabricada por LPBF muestra un aumento aproximado de 40% en la microdureza y una tasa de desgaste un 30% más baja que la muestra fabricada convencionalmente. La microestructura celular y columnar resultante de la ultrarrápida tasa de enfriamiento durante la solidificación permite una mayor deformación elástico-plástica y por lo tanto mejora la resistencia al desgaste. Finalmente, se concluye que la mejora en la resistencia al desgaste se debe a que la alta densidad de dislocaciones en el límite celular juega un papel clave en el efecto de fortalecimiento interfacial.
Hydromechanical behavior of filtered copper tailing under static and cyclic loading in unsaturated condition
(2023) Gallardo Sepúlveda, Ricardo Ignacio; Sáez Robert, Esteban; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Se considera que los depósitos de relaves filtrados tienen una estabilidad mecánica superior que otras alternativas, porque funcionan en estado no saturado. Sin embargo, en las últimas dos décadas, dado el incremento en las alturas alcanzadas y su uso en países sísmicos como Chile, se requiere avanzar en la comprensión de su comportamiento hidromecánico ante carga monótonas como cíclicas. Este trabajo pretende contribuir a la comprensión del comportamiento de este tipo de relaves mediante; (i) el estudio de el de los efectos de la auto-compactación por preso propio sobre la rigidez y la resistencia al corte a través de ensayos de laboratorio no saturados, (ii) el análisis del efecto de las tasas de deposición sobre la estabilidad global y los incrementos de saturación a través de modelación en elementos finitos y (iii) la evaluación del incremento de la presión de agua y aire en los poros y sus efectos sobre una potencial falla de flujo o propensión a la licuación. Los resultados muestran que (i) el efecto de la succión ante cargas drenadas genera incrementos de la resistencia al corte y de la rigidez hasta el 600%, sin embargo, tiende a desaparecer a medida que aumenta el confinamiento, alcanzando hasta el 95% de grado de saturación, (ii) la potencial generación de una superficie de falla en depósitos simulados computacionalmente ocurre cuando el suelo alcanza un grado de saturación del orden del 65% al 70% y es independiente de las tasas de deposición, la inclinación del talud y la altura de la pila y (iii) la succión matricial bajo carga monótona y cíclica para una condición no drenada disminuye durante la fase de corte y por lo tanto progresivamente se va generando una transición hacia la condición totalmente saturada. Por otro lado, la relación de resistencia cíclica (CSR) aumenta hasta el 57.8%, sin embargo, la probeta pierde continuidad cuando se alcanza una deformación volumétrica superior al 2.5%.
Learning by prediction and integration: human-inspired approaches for natural language understanding
(2023) Araujo Vásquez, Vladimir Giovanny; Soto Arriaza, Álvaro Marcelo; Moens, Marie-Francine; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Dotar a las máquinas de las habilidades para representar y comprender el lenguaje natural para aplicaciones en el mundo real presenta un desafío importante en el área del procesamiento del lenguaje natural. Los modelos de lenguaje pre-entrenados basados en redes neuronales han logrado recientemente un rendimiento sobresaliente en varias tareas de comprensión del lenguaje natural. Aunque efectivos, estos modelos carecen de la capacidad que poseen los humanos para comprender textos. Por ejemplo, mientras leemos, podemos anticipar qué contenido vendrá a continuación o usar el conocimiento previo para comprender mejor un pasaje. Nuestra hipótesis es que los modelos de lenguaje actuales podrían beneficiarse de los mecanismos de procesamiento del lenguaje humano. En este trabajo, investigamos y proponemos diferentes enfoques para mejorar los modelos de lenguaje actuales, inspirándonos en las teorías de predicción e integración sobre comprensión de lenguaje en los seres humanos. Nuestras contribuciones muestran que los modelos de lenguaje pre-entrenados tienen algunas limitaciones y que aumentar los modelos con mecanismos humanos conduce a mejoras en la comprensión del lenguaje natural en varias tareas. En esta tesis presentamos seis aportes distribuidos en tres partes descritas a continuación. Primero, evaluamos modelos de lenguaje pre-entrenados de última generación bajo condiciones de estrés usando pruebas de competencia, distracción y ruido. Mostramos que estos modelos son algo robustos pero aún tienen dificultades cuando deben lidiar con entradas perturbadas, negaciones y razonamiento numérico. Además, evaluamos las representaciones resultantes de los modelos, mostrando que, al igual que los modelos en inglés, los modelos en español también producen representaciones de propósito general suficientemente buenas. Sin embargo, constatamos su limitado poder de representación a nivel de oración y discurso. En segundo lugar, exploramos métodos de población de memoria para modelos de lenguaje pre-entrenados bajo el paradigma de aprendizaje continuo con memoria episódica. Mostramos que la muestra aleatoria de la distribución global funciona lo suficientemente bien como para integrar el conocimiento previo y mitigar el olvido en el modelo, pero también algunas tareas se benefician más de los métodos de población basados en selección. Por otro lado, proponemos un método para enfrentar el dilema estabilidad-plasticidad que se presenta en el aprendizaje continuo. Mostramos que la entropía se puede utilizar como un factor de plasticidad para decidir cuánto se debe modificar una capa en un modelo basado en la entrada actual, mejorando su rendimiento y eficiencia. En tercer lugar, ampliamos la arquitectura de los modelos de lenguaje pre-entrenados con conocimientos de la teoría de la codificación predictiva. Demostramos que la incorporación de computación de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo para predecir oraciones futuras en el espacio latente en los modelos mejora las representaciones a nivel de oración y discurso. Por otro lado, proponemos un método que incorpora integración de memoria, ensayo de memoria y predicción para generar respuestas a preguntas dado una secuencia de datos. Nuestro enfoque aprovecha los mecanismos de atención cruzada para integrar la información en la memoria externa, y apoyado de anticipación y ensayo. Mostramos la efectividad de nuestro modelo tanto en secuencias basadas en texto como en video. En resumen, presentamos evaluaciones sistemáticas que demuestran la limitación de los modelos de lenguaje pre-entrenados actuales. Además, varios enfoques que mejoran dichos modelos siguen ideas del procesamiento del lenguaje humano, lo que demuestra que la inspiración humana aún plantea una forma de mejorar los modelos basados en redes neuronales. Al incluir mecanismos basados en humanos, reforzamos o agregamos algunas habilidades que los modelos de lenguaje no poseen y que son clave para obtener un procesamiento de lenguaje cercano al nivel humano.
Microstructural study of murine lung peranchyma mechanics through the analysis of three-dimensional reconstructions using the μ-CT technique
(2021) Sarabia Vallejos, Mauricio; Hurtado Sepúlveda, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El estudio de la arquitectura tridimensional del parénquima pulmonar es un tema muy relevante y emocionante destinado a comprender y caracterizar su morfología y comprender la estrecha relación entre la microarquitectura y la función fisiológica en el parénquima pulmonar. Sin embargo, los avances en esta área se han visto restringidos debido a las pequeñas dimensiones de las unidades estructurales básicas del parénquima pulmonar, y también debido a su extrema fragilidad, lo que dificulta su manejo y obtención de imágenes con una resolución espacial razonable y justa. Convenientemente, en los últimos años ha habido un progreso continuo en el desarrollo de tecnologías de imágenes biomédicas. Destaca la técnica de microtomografía computarizada (μ-CT), que permite obtener imágenes tomográficas de alta resolución de pequeños sectores de tejido biológico de forma no invasiva. Esta tesis analiza varias de las utilidades y beneficios de estas imágenes tridimensionales frente a las tradicionales imágenes bidimensionales de tejido pulmonar (histología, microscopía confocal o microscopía electrónica de barrido, entre otras). Por ejemplo, en el Capítulo II, presentamos el análisis de pequeños sectores del comportamiento mecánico del tejido pulmonar utilizando representaciones reales de la microestructura alveolar de ratones sanos. Con estos datos pudimos comprobar que el estrés al que está sometido el tejido alveolar en algunos sectores localizados es más de 27 veces superior a la presión inicial, lo que nos dice que la microarquitectura del tejido alveolar tiene un profundo efecto sobre el comportamiento mecánico del tejido. También pudimos comprobar que, dado que el parénquima pulmonar es un tejido tridimensional complejo que maneja tensiones en todas las direcciones, es incorrecto analizar su comportamiento mecánico utilizando representaciones bidimensionales. Este proceso puede dar lugar a sobreestimaciones importantes de las tensiones y tensiones del tejido alveolar. Además, presentamos una nueva herramienta que nos permite analizar ciertos parámetros clave de la morfología alveolar mediante la generación de un mapeo tridimensional. Para ello, tomamos como base imágenes μ-CT del parénquima pulmonar, y mediante la aplicación de una serie de filtros, máscaras y procesamiento de imágenes morfológicas, fue posible generar datos voxel a voxel de estos parámetros geométricos. Con estos datos, podríamos armar un mapa tridimensional continuo de algunas características específicas del pulmón, en este caso calculamos la porosidad, la densidad de la superficie alveolar del tejido y la relación superficie-volumen del pulmón. parénquima.
On the automatic synthesis of modular industrial cyber-physical systems
(2024) Biskupovic Mancilla, Angel Eduardo; Núñez Retamal, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los sistemas ciberfísicos industriales (ICPS) se consideran transversalmente como los sistemas de control industrial del futuro y como una de las tecnologías centrales de la cuarta revolución industrial en curso. A pesar de sus ventajas, los ICPS dependen en gran medida del proceso físico subyacente y su síntesis es un esfuerzo personalizado, exigente en terminos de recursos, que si no se realiza con cuidado puede afectar el rendimiento del sistema. Además, a medida que los ICPS se consolidan como soluciones de automatización maduras, han surgido preguntas sobre cómo aprovechar su flexibilidad para mantener el rendimiento. Este trabajo propone una metodología para abordar la síntesis de ICPS de forma sistemática, mediante el uso de un conjunto de agentes industriales que toman como entrada un archivo de descripción de proceso estandarizado y despliegan automáticamente un ICPS modular a partir de contenedores funcionales prediseñados. La implementacion inicial se demuestra a través de dos ejemplos específicos (un sistema de tanques y un espesador de pasta industrial) para ilustrar el potencial de la metodología propuesta. Los resultados indican que el ICPS puede realizar una síntesis automática independientemente del proceso, facilitada por un archivo de configuración, la utilización de agentes y una librería de componentes con servicios empaquetados en contenedores. Además, el sistema muestra adaptabilidad a diversos requisitos de proceso y puede repararse a sí mismo en caso de una falla del servicio, reduciendo así el tiempo de implementacion y puesta en marcha.Para facilitar el proceso de síntesis, dadas las limitaciones de los estandares industriales actuales para modelar la información, esta tesis propone un modelo de información basado en gráficos multicapa que facilita la tarea de interpretación al agente responsable.También se ha incorporado el concepto de clases y subclases, permitiendo clasificar nodos y relaciones en función de su apariencia y rol dentro del ICPS. El modelo incluye capas que clasifican los componentes del proceso en cuatro aspectos esenciales: red, lógico, físico y nube.Finalmente, la tesis concluye integrando tareas de toma de decisiones para mejorar el desempeño, la eficiencia y otros aspectos operativos del ICPS a través de un conjunto de agentes supervisores. Se realizaron pruebas en dos estudios de caso, que demostraron que el uso de agentes industriales para monitorear y reconfigurar los servicios del ICPS mejoró el desempeño de ambos sistemas propuestos.
Optimization under uncertainty for the management of hydroelectric resources
(2023) Favereau Monti, Marcel Joseph; Lorca Gálvez, Álvaro Hugo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Hydroelectric generation management is considered a fundamental problem in the operation of power systems, where operations research has contributed significantly to decision making. One of the most relevant difficulties is that the decisions of storage and use of water resources in the present affect future decisions. Additionally, this problem presents another important challenge associated with the uncertain nature of hydro inflows, which is becoming even more complex today due to the consequences of climate change. Thus, this thesis proposes the development of optimization under uncertainty models to support medium- and long-term planning of hydrothermal system operations. First, this thesis proposes to develop a statistical model that represents the random behavior of hydro inflows in multinodal and multireservoir hydrothermal systems. The purpose is to capture statistical aspects such as trend, seasonality, spatio-temporal correlation, asymmetry and multiple modes present in historical hydrological data through the use of autoregressive models and variational inference algorithms. In a second part, it is proposed the development of a risk-averse optimization under uncertainty model that incorporates the previously proposed statistical methodologies for the medium-term operation of hydrothermal systems. The main objective is to determine an optimal generation policy capable of operating efficiently under the least favorable realizations of future hydrological trajectories. Finally, the third stage consists of the development of optimization under uncertainty models that support long-term energy planning and operation processes. The idea is to analyze the role of water in the interaction with other productive sectors such as agriculture, thus improving the efficiency of the use of their resources. This tool will also make it possible to anticipate future phenomena such as the penetration of new technologies, regulatory changes in the use of water resources or their low availability, and what would be the impacts on the resource management for different users.
Process mining to analyze educational trajectories in higher education
(2023) Salazar Fernández, Juan Pablo; Sepúlveda Fernández, Marcos Ernesto; Muñoz Gama, Jorge; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las instituciones de educación superior enfrentan varios desafíos con respecto a la educación de pregrado. Estos incluyen cambios en la demografía de los estudiantes, aumento de los costos y aumento de la presión para mejorar las tasas de graduación y reducir la deserción, mientras se mantiene o mejora la calidad. La mayoría de las investigaciones para abordar esos desafíos se han realizado con un enfoque episódico o centrado en datos, aplicando técnicas estadísticas y de minería de datos para analizar eventos específicos en las trayectorias educativas. Se han realizado menos investigaciones utilizando métodos longitudinales, principalmente cualitativos. Tanto a nivel nacional como internacional, existe un interés creciente por comprender cómo se desarrolla la trayectoria educativa de los estudiantes en la educación superior y qué impacto tienen en ella las políticas públicas y las decisiones institucionales. Los investigadores, gestores académicos y legisladores creen que el análisis del aprendizaje puede ser esencial en el apoyo a la toma de decisiones. La analítica curricular ha surgido como un área de la analítica del aprendizaje que se centra en analizar los planes de estudio y mejorarlos. La analítica curricular puede contribuir a mejorar la comprensión de los aspectos clave del ciclo de vida del estudiante: acceso a la educación superior, retención, logro y progresión. A pesar de los avances logrados en esta área, se han identificado varios desafíos. En primer lugar, la comprensión de los procesos de decisión de los estudiantes que ocurren a lo largo del tiempo podría beneficiarse de un análisis orientado a procesos; en particular, con el uso de herramientas de minería de procesos para el análisis longitudinal de las trayectorias educativas de los estudiantes. En segundo lugar, se necesita metodologías específicas en este dominio, para hacer que los análisis realizados con minería de procesos sean repetibles y produzcan conocimientos más significativos. Además, el análisis de las trayectorias educativas en la educación superior generalmente requiere la integración de modelos específicos del dominio educativo. En esta tesis se aborda estas necesidades a través de dos contribuciones principales. Por un lado, se propone un método para analizar trayectorias educativas en instituciones de educación superior. Por otro lado, se crea tres modelos conceptuales que elevan el nivel de abstracción en el análisis de las trayectorias educativas, para que éste pueda realizarse con mayor eficacia. En la primera contribución, se desarrolló y perfeccionó el método propuesto a través de varios casos de estudio, desarrollados en la Universidad Austral de Chile y la Pontificia Universidad Católica de Chile. Su versión final considera un enfoque de almacenamiento de datos y la definición y uso de diferentes modelos conceptuales, basados en modelos de dominio conocidos, para construir los registros de eventos. El propósito de los modelos conceptuales, diseñados como diagramas de estado, es transformar los registros curriculares en registros de eventos que se pueden analizar utilizando Directly-Follows Graphs. En la segunda contribución se propone tres modelos conceptuales para analizar las trayectorias educativas. En primer lugar, se propone el modelo Retake-Stopout, para analizar las trayectorias educativas en función del número de cursos reprobados que los estudiantes deben volver a cursar. Se realizó dos estudios de caso para caracterizar las trayectorias educativas en el grupo de cursos con alta tasa de reprobación que conducen a la deserción tardía. El primer estudio muestra cómo el género, los ingresos y las habilidades matemáticas iniciales pueden explicar las diferencias en las trayectorias educativas de los estudiantes de ingeniería que conducen a la deserción tardía. El segundo estudio amplía este análisis a diferentes áreas de conocimiento de la CINE-UNESCO. En segundo lugar, se propone el modelo Backpack Process para analizar las trayectorias educativas sobre cursos reprobados que los estudiantes deben retomar. Un estudio de caso ilustra cómo este modelo ayuda a comprender cómo los estudiantes de ingeniería manejan los cursos reprobados que deben volver a cursar, y brinda información que podría contribuir al diseño e implementación de intervenciones oportunas en las instituciones de educación superior. Finalmente, se propone el modelo Scholarship-Loan-Self funded para describir las trayectorias de financiación de los estudiantes, ayudándonos a comprender las consecuencias de perder una beca basada en el mérito en el progreso curricular. Los estudiantes con un nivel socioeconómico bajo (SES bajo) generalmente deben lidiar con restricciones de liquidez, trabajo a tiempo parcial y aversión a la deuda. Conocer el impacto futuro de perder la beca en el progreso y la finalización del título puede ser útil para estudiantes, gestores académicos y legisladores. El método propuesto y sus modelos conceptuales asociados contribuyen a comprender las trayectorias educativas desde una perspectiva longitudinal, generando nuevo conocimiento sobre el comportamiento dinámico de los estudiantes. Las instituciones de educación superior pueden aprovechar al máximo la información histórica, utilizando los registros curriculares para analizar las trayectorias educativas y mejorar el proceso educativo.
Structural and functional characterization and engineering of Antartic enzymes as potential biocatalysts for polyethylene terephthalate (PET) degradation
(2023) Blázquez Sánchez, Paula; Ramírez Sarmiento, César Antonio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El tereftalato de polietileno (PET) se ha convertido en uno de los principales residuos plásticos producidos a nivel mundial. En los últimos años se han descubierto microorganismos que poseen enzimas capaces de degradar el PET amorfo. La mayoría de estas enzimas son termófilas y presentan actividades óptimas de reacción entre los 60 °C y 70 °C, cerca de la temperatura de transición vítrea del PET. Posteriormente se descubrió una hidrolasa de poliéster en la bacteria mesófila Ideonella sakaiensis capaz de hidrolizar parcialmente el PET a 40 °C. En este trabajo, demostramos que hidrolasas de poliéster de las bacterias antárticas Moraxella sp. cepa TA144 (Mors1) y Oleispira antarctica cepa RB-8 (OaCut), descubiertas por técnicas bioinformáticas, hidrolizan el poliéster alifático policaprolactona y el poliéster aromático PET a una temperatura de 25 °C. Mors1 produce una reducción de peso de láminas de PET en el rango de las hidrolasas descritas previamente, constituyéndose así como la primera hidrolasa de PET psicrófila. El modelo estructural de Mors1 muestra que la composición de aminoácidos en el centro activo es similar al de sus homólogas termófilas y mesófilas. Además, el análisis metagenómico de muestras antárticas demostró que miembros de la familia Moraxellaceae portan genes que codifican otras potenciales hidrolasas de PET psicrófilas. Para mejorar la actividad de Mors1, se sustituyó un bucle altamente flexible del centro activo por el bucle equivalente de la enzima termófila LCC, lo que dio como resultado un aumento de 20 °C en la temperatura óptima de la actividad, así como un aumento de la actividad hidrolítica de PET de 4.8 veces. Simulaciones e dinámica molecular mostraron una ligera reducción en la flexibilidad en el centro activo de la enzima mutante, lo que sugiere que la actividad a temperaturas más altas se debe a una estabilización local del sitio activo. Estos resultados describen las primeras enzimas degradadoras de PET caracterizadas en organismos adaptados al frío y dan ideas sobre la relación entre la flexibilidad estructural, temperatura y actividad hidrolítica de PET de estas enzimas.
Studying psychiatric diseases using quantitative susceptibility mapping (QSM)
(2025) García Saborit, Marisleydis; Tejos Nuñez, Cristián Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Quantitative Susceptibility Mapping (QSM), a sophisticated MRI-based technique for quantifying brain magnetic susceptibility, has emerged as a valuable tool in exploring neurodegenerative diseases and, more recently, psychiatric disorders such as first-episode schizophrenia, depression, anxiety, and stress. This method allows the measurement of magnetic susceptibilities in various tissues, unveiling associations with diverse phenotypes like body iron, blood assays, diet, and alcohol consumption. Furthermore, investigations into genetic variations across the genome have revealed intriguing links between magnetic susceptibility and clusters of genes responsible for crucial biological functions, including iron regulation, calcium mechanisms, myelin development, and the extracellular matrix.Our primary objective in this thesis is to study associations between psychiatric illnesses and iron content in the gray matter nucleus utilizing QSM. In pursuit of this goal, we conducted two comprehensive analyses involving cohorts of first-episode psychosis patients from Chile and individuals with psychotic-like experiences from the UK biobank. The study scrutinized QSM and R2* differences in gray brain nuclei between patients and controls, employing linear mixed models to explore associations with demographic and clinical variables and genetic factors. Notably, the incorporation of polygenic risk scores (PGS) for psychotic-like experiences in our statistical analyses yielded significant differences in QSM and R2∗ rates between patients and control subjects. Organized into six chapters, our thesis begins with an introduction to the characteristics of psychotic diseases and image biomarkers. Subsequent chapters delve into the theoretical framework linking psychiatric disorders with magnetic susceptibility, detail the methodology employed, present the results, discuss the findings, and conclude with overarching insights. Our findings demonstrate that QSM serves as a powerful tool that may help to elucidate the neurophysiological processes in psychosis and their relationship with iron metabolism. Finally, the proposed methods contribute valuable insights to our current understanding and offer promising image biomarkers for ongoing and future psychiatric research.

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