3.01 Tesis magíster

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A differentiable adaptive computation time algorithm for neural networks
(2021) Eyzaguirre, Cristóbal; Soto Arriaza, Álvaro Marcelo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
A pesar de las mejoras sustanciales en los resultados que aportan los modelos de redes neuronales, su aplicación generalizada se ha visto limitada por su elevado coste computacional debido a redundancias presentes en este tipo de arquitecturas. M´as a´un, esta tesis postula que dichas ineficiencias no pueden resolverse completamente con métodos estáticos, debido a que algunas redundancias son intrínsecas al problema que se resuelve y, por lo tanto, son dependientes de los datos. Aunque en respuesta a este problema se han propuesto arquitecturas dinámicas que se adaptan a la entrada, todas ellas comparten la limitación de que no son totalmente diferenciables. Ante esta limitación común, nuestro trabajo propone la primera implementación de un algoritmo de tiempo de cómputo dinámico que es totalmente diferenciable: un algoritmo dinámico diferenciable de early exiting que llamamos DACT. Validamos las ventajas de nuestro enfoque, tanto en términos de resultados como de interpretabilidad, utilizando dos de los casos de uso más comunes, y descubrimos que el DACT puede conllevar: i) importantes ganancias de rendimiento cuando sustituye a los enfoques dinámicos existentes, o ii) eliminar las redundancias intrínsecas cuando se utiliza para complementar modelos estáticos. De hecho, en el dominio del procesamiento de lenguaje descubrimos que nuestro enfoque es mejor para reducir el número de bloques Transformer utilizados por los modelos BERT sin pérdida de desempeño en una serie de tareas. Del mismo modo, mostramos una reducción significativa en el número de pasos recurrentes necesarios cuando se aplica a la arquitectura MAC, superando los resultados tanto de los algoritmos adaptativos existentes como de aquellos estáticos comparables, a la vez que se mejora la transparencia del modelo. Además, nuestro modelo muestra una notable estabilidad, respondiendo de forma predecible a los cambios de los hiperparámetros, a la vez que equilibra la precisión y la complejidad de forma razonable.
Estudio de la variabilidad de los parámetros de diseño y sus efectos en el desempeño de los pavimentos urbanos
(2021) Brandão Ticianelli, Margareth; Chamorro Giné, Marcela Alondra; González V., Alvaro; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Actualmente, el 55% de la población mundial se concentra en centros urbanos, con perspectivas de crecimiento de hasta un 68% en 2050, sobre todo en países en vías de desarrollo. El crecimiento de las ciudades crea la necesidad de proveer infraestructura de transporte que permita accesibilidad y movilidad, posibilitando a la población acceder a servicios básicos como salud y educación, mejores condiciones de trabajo y cultura, favoreciendo el desarrollo de actividades comerciales. Los pavimentos urbanos se desarrollan como parte importante de una red de infraestructura de transporte, para el flujo de transporte de pasajeros y cargas. Su desempeño a lo largo de los años, afecta los tiempos de desplazamiento en la medida que afecta la velocidad del flujo de vehículos y consecuentemente los costos peracionales de los vehículos al transitar por los pavimentos. El desempeño de un pavimento es afectado en distintas medidas por la variabilidad de los parámetros de diseño, principalmente el tránsito, y la heterogeneidad inherente al ambiente urbano, llevando a una pérdida de desempeño. Por lo general, los pavimentos urbanos se diseñan utilizando métodos esarrollados originalmente para pavimentos interurbanos sin la necesaria adaptación a la realidad urbana en términos de considerar la variabilidad, principalmente en la composición del tránsito, tipo y peso de los vehículos. El objetivo de esta investigación es estudiar la variabilidad del tránsito y de los parámetros que representan las características mecánicas de las capas asfálticas y losas de hormigón y de la capacidad de soporte del suelo de la subrasante, buscando determinar su efecto en el desempeño y vida útil de un pavimento. Para lograr el objetivo de la investigación, se propuso un método de análisis de variabilidad aplicable a pavimentos urbanos, mediante el cual fue posible evaluar la variabilidad en el ambiente urbano y sus efectos en el desempeño del pavimento. Los resultados obtenidos demuestran la alta variabilidad de los parámetros en el ambiente urbano, consecuentemente el amplio rango asumido por el desempeño del pavimento en términos de ejes EE equivalentes (COV entre 3 y 304%) y vida útil en años (COV entre 2 y 79%) llevando a la probabilidad de falla de hasta un 55% de los pavimentos.
Free-form discontinuity layout optimization for geotechnical and general plasticity applications
(2021) Salinas González, Diego Cristóbal; Zegard, Tomás; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
El método de optimización por discontinuidades o discontinuity layout optimization (DLO) es un método que aproxima numéricamente la superficie de falla en suelos, hormigón y materiales similares. El método aproxima la superficie de falla crítica utilizando discontinuidades representadas por segmentos o planos en dos y tres dimensiones, respectivamente. Estas discontinuidades se seleccionan a través de un problema de optimización de una red altamente redundante de discontinuidades previamente generadas. La falta de popularidad del método se debe en parte a la dificultad para generar un espacio de solución lo suficientemente rico; es decir, una red de discontinuidades redundante. Este problema aumenta cuando el dominio de análisis se compone de varias capas de material, un escenario común en la ingeniería geotécnica. Este trabajo propone dos métodos de generación de discontinuidades; el primero para dominios de dos dimensiones y el segundo para dominios de tres dimensiones. El primero permite la generación de discontinuidades en dominios no estructurados e irregulares, incluyendo diferentes capas de material en dicho dominio. Para el caso tridimensional, el método también permite incluir diferentes capas de material en el dominio; sin embargo, a pesar de funcionar en dominios no estructurados e irregulares, no produce resultados satisfactorios en dominios de estas características. Además, este trabajo propone extensiones a la formulación estándar de DLO que permiten: (1) considerar el análisis de agua subterránea y (2) calcular el factor de seguridad crítico de un problema.
Hydromechanical characterization of granular materials from copper mining waste
(2017) Puma Contreras, Daniela; Ovalle Ortega, Carlos Enrique; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La presente investigación es un estudio acerca de materiales granulares provenientes de desechos mineros del cobre con un enfoque geotécnico. Esta tesis contiene dos capítulos independientes: (1) un estudio experimental de relaves y (2) un estudio de material de pilas de lixiviación. El capítulo 1 trata del efecto del método de preparación de probetas sobre el comportamiento no drenado, cíclico y dinámico de relaves espesados. Un amplio programa de ensayos fue realizado, este incluyó ensayos triaxiales no drenados monótonos y cíclicos, torque cíclico y columna resonante para tres diferentes técnicas de preparación. Los resultados consisten en líneas de estado crítico, curvas de resistencia a la licuación, y curvas de amortiguamiento y degradación de la rigidez. Las principales conclusiones son que la resistencia a la licuación depende del método de preparación de muestra, a diferencia del estado crítico. Además, la degradación del módulo de corte es similar a las curvas reportadas para arenas y finos no plásticos, y se aprecia un leve efecto a pequeñas deformaciones. El capítulo 2 es un estudio experimental y numérico de caracterización hidráulica y sensibilidad de parámetros de un material de pilas de lixiviación. La caracterización consistió en realizar ensayos para obtener la curva característica agua-suelo, así como también ensayos de granulometría y conductividad hidráulica. Además, una columna unidimensional de pila fue modelada como un permeámetro y se usó un modelo específico para suelos parcialmente saturados. Para analizar los parámetros críticos del modelo se realizó un análisis de sensibilidad. Los principales resultados encontrados fueron tres curvas histeréticas a distinta porosidad inicial, y como parámetros críticos, la tasa de irrigación y la forma de la curva de retención, finalmente se obtuvo que un cambio en la permeabilidad no afecta el tiempo de saturación del material para los valores presentados en terreno.
Modelo de confiabilidad humana para mejorar la calidad del mantenimiento minero utilizando BN-SLIM (Bayesian Network- Success Likelihood Index Method)
(2021) Cornejo Mora, Catalina Belén; Córdova Vergara, Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Una de las principales problemáticas del mantenimiento en minería es la búsqueda de la calidad de ejecución de las actividades. Ante esto, la presente investigación plantea como hipótesis que un modelo de confiabilidad humana mejoraría la calidad de ejecución, por medio de la reducción en la probabilidad de error humano. Tomando como referencia un modelo de gestión humana para el manejo de riesgos de la industria nuclear -pionera en el desarrollo de estos- se propone un modelo para el mantenimiento minero, cuyo objetivo es integrar los diferentes factores que condicionan el desempeño de las personas, comprender su influencia en la probabilidad de falla humana y sus consecuencias en indicadores estratégicos. De este modo, se pretende contribuir al aumento de la confiabilidad humana, mejorando la calidad de ejecución de actividades al gestionar sistemáticamente los factores desde la perspectiva organizacional. En particular, se diseñó un modelo basado en la categorización de actividades: rutinarias/no rutinarias y cognitivas/manuales, y en la asignación de ocho factores determinantes del desempeño, cada uno con sus consideraciones y métricas: Requerimientos de la Tarea, Recursos, Gestión del Conocimiento, Trabajo en Equipos Naturales, Gestión del Desempeño, Formación por Competencias, Condiciones Ambientales y Condiciones del Sistema. Las categorías y factores se relacionaron cuantitativamente mediante el modelo Success Likelihood Index Methodology y Redes Bayesianas, obteniendo como resultado una probabilidad total de error humano, basada en escenarios definidos, que luego se traduce en un diferencial del tiempo medio entre fallas (MTBF) del sistema, respecto a un caso base. Lo anterior constituye una metodología versátil, flexible, y escalable mediante data, con resultados cuantificables en un índice estratégico para toda la cadena de valor. De la aplicación teórica del modelo, basada en simulaciones, se concluye que, aplicando una metodología que asocie los factores determinantes del desempeño en las actividades de mantenimiento minero, existe un potencial de aumentar el MTBF de un sistema independiente de la etapa de madurez de la organización.
Valor del feedforward generalizado comparado con la evaluación de pares en un contexto de clases masivas en modalidad remota
(2021) Gorodischer Robledo, Yael; Nussbaum Voehl, Miguel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Las metodologías de aprendizaje activo, como lo es el problem-based learning, son más efectivas en la retención del conocimiento de largo plazo, y preparan mejor a los alumnos para el mundo laboral que las metodologías de enseñanza tradicional. Sin embargo, no es fácil aplicar estas en cualquier contexto. Con el paso del tiempo la educación superior se ha ido masificando, trayendo como consecuencia que se impartan clases con un alto número de alumnos. Sumado a esto, producto del COVID-19, las clases se han movido a una modalidad remota. Estas dos razones hacen que sea un desafío implementar estrategias de problem-based learning. Para poder hacer esto más sencillo se pueden integrar estrategias de feedback, tanto de los compañeros como del profesor. El objetivo de esta investigación es determinar cuál es el valor del feedforward generalizado comparado con el peer review en un contexto de aplicación de problem-based learning en clases masivas con modalidad remota. Durante el desarrollo del experimento se presentaron diversos obstáculos, entre los cuales destacan los problemas técnicos relacionados con el funcionamiento de la plataforma en la cual se llevaron a cabo las actividades. Esto permite concluir la importancia del correcto desarrollo de software, particularmente en las etapas de pruebas y testeo. Finalmente, a partir de los datos obtenidos, se concluye que no hay diferencia en las calificaciones entre un grupo y otro. A pesar de lo anterior, hay alumnos que sienten que es necesaria la intervención y la retroalimentación directa del profesor.

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