Ingeniero Civil Matemático / Actualmente el sistema de transporte público Transantiago presenta un alto índice de evasión que se resume en que uno de cada tres chilenos no paga su pasaje. Una parte esencial para estudiar la evasión es estimar correctamente los flujos de evasores que viajan a través de un par Origen-Destino. En esta memoria precisamente se enfoca en el problema de calcular los flujos de evasores basándose de la matriz de validaciones, el cual contiene datos de los flujos de pasajeros no evasores del Transantiago. El enfoque utilizado consiste en resolver un problema de escalamiento de matrices, el cual consiste básicamente en expandir la matriz de validaciones con el fin de que las sumas por filas y columnas de la matriz resultante coincidan con números previamente calculados O y D, que representan la cantidad de viajes totales por origen y destino. Como la evasión es un fenómeno que varía según la hora del día, es necesario también incorporar el efecto horario en la forma de calcular de los O y D, analizando los casos para el día completo, para la mañana y la tarde. Hay varios métodos que permiten encontrar una solución al problema del escalamiento de matrices: algoritmo de flujo, optimización convexa y algoritmo de Furness, todos detallados en extenso en este trabajo. Finalmente, se presenta una aplicación relacionada con los flujos de evasión, el cual consiste en identificar los mejores paraderos del Transantiago donde ubicar fiscalizadores para así combatir la evasión. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por FONDEF IT 16I10010 "Desarrollo de tecnologías para el control de la evasión en el transporte público"

Ingeniero Civil / El uso de piques circulares como estructura de contención en suelos urbanos se ha vuelto común, entre otras cosas, debido al desarrollo de infraestructura subterránea. El diseño de este tipo de estructura es comúnmente realizado en base a teorías desarrolladas para muros de contención rígidos, planos e infinitamente largos, lo que corresponde a una simplificación que no se condice con la realidad de su comportamiento. Numerosos autores han estudiado de forma teórica la distribución del empuje sobre el sostenimiento de piques circulares, existiendo acuerdo en que las metodologías tradicionales de diseño sobreestiman su empuje activo. Sin embargo, dichas metodologías no hacen referencia a las deformaciones que se requieren para alcanzar dicha condición activa, ni consideran el método constructivo a utilizar. Según lo descrito, en este trabajo de título se estudia la influencia del método constructivo en la distribución del empuje del suelo sobre el sostenimiento de piques circulares. La metodología adoptada consiste en modelar numéricamente los piques Plaza Chacabuco y El Cortijo de la nueva Línea 3 de Metro de Santiago, considerando que para su construcción se utilizan los métodos constructivos Excavación secuencial (SEM) y Muro pantalla (MP). Esto permite observar las diferencias que generan en la magnitud y distribución del empuje al usar secuencias constructivas diferentes, en adición a las deformaciones que conllevan. Adicionalmente, los resultados obtenidos de los casos modelados se comparan con distintas teorías disponibles en la literatura, permitiendo analizar su validez en relación a las condiciones geométricas y geotécnicas consideradas en los modelos. Según lo anterior, al usar el método constructivo SEM se obtienen magnitudes de empuje menor a las que se alcanza con el método constructivo MP. Las diferencias son de un 20% para el pique Plaza Chacabuco y un 35% para El Cortijo, aproximadamente. De forma complementaria se tiene que las deformaciones radiales son mayores al usar el método constructivo SEM, lo que resulta consistente con las diferencias de empuje observadas. Sin embargo, las deformaciones observadas en los modelos numéricos no son suficientes para que se alcance la condición activa, lo que explica que las teorías desarrolladas para obtener el empuje activo en piques circulares no sean aplicables a los casos estudiados, observándose que el empuje obtenido numéricamente sea de un 10 a un 75% mayor al que se calculado de forma teórica. Finalmente, es importante mencionar que tanto la distribución del empuje como las deformaciones radiales reflejan los hitos constructivos que se producen durante la construcción, en especial aquellos que afectan de forma brusca las condiciones de confinamiento del suelo, por lo que se concluye que el método constructivo tiene un efecto apreciable tanto en la magnitud y distribución del empuje como en las deformaciones del suelo, de modo que considerar este factor en el proceso de diseño resulta favorable para la obtención de resultados más representativos, y diseños más eficientes.

Ingeniero Civil Industrial / Todas las ciudades, a medida que se comienzan a extender y densificar, se ven enfrentadas al complejo fenómeno del sistema de transporte público, donde constantemente está en juego el desafío de lograr transportar una gran cantidad de gente de forma eficiente y efectiva. Actualmente, el sistema de transporte público de Santiago se ve afectado por un problema importante: los usuarios evaden el pago del pasaje. Según cifras recientes del año 2017, el índice de evasión supera el 30%, manteniendo una tasa creciente en el tiempo, y es bajo esta preocupación que se propone el proyecto FONDEF Desarrollo de tecnologías para el control de la evasión en el transporte público . Este proyecto busca desarrollar algoritmos eficientes para la resolución de un modelo de fiscalización a gran escala con el fin de mejorar los índices de efectividad del sistema de fiscalización actual y es en este contexto que se desarrolla esta memoria de título. Los modelos, considerados en el marco del proyecto, consisten en una estrategia mixta de fiscalización sobre el grafo de paraderos de Santiago, es decir, una densidad de probabilidad de fiscalización dentro del área de cobertura. Sin embargo, la implementación de estos resultados al sistema no es directa. Es por este motivo que este trabajo busca implementar un modelo de calendarización, que condense un estado probabilístico a una respuesta humanamente realizable, pero que a la vez sea eficiente en su ejecución. En virtud de este objetivo, se implementan dos modelos de calendarización diferentes; uno estático, que mantiene el sistema actual de fiscalización por paraderos, y uno dinámico, que se ajusta a sistemas de fiscalización implementados en otros países y permite la fiscalización con los buses en movimiento. Esta segunda estrategia permite ampliar el abanico de oportunidades que tiene el área de fiscalización del DPTM para cumplir su tarea. Dentro del arista estática, se generan dos propuestas: un sistema más directo, donde se genera una submuestra con su matching respectivo, y un segundo sistema más desarrollado, donde se genera una combinación de turnos a realizar. Generando una diferencia de hasta 92% en los costos de transporte entre estos modelos. Con respecto al modelo dinámico, se mejora en un 42% la capacidad de ejecutar correctamente los resultados de fiscalización. Esta mejora corresponde a la comparación de un modelo aleatorio con respecto a un modelo de decisión dinámica glotón por tramos. A modo de conclusión se propone la implementación del sistema estático en el corto plazo, mientras se trabaja en la formulación de modelos de decisión dinámicos más robustos a los utilizados actualmente junto con la generación de las herramientas necesarias para su correcta implementación. Como trabajo futuro se propone estudiar la posible implementación de un modelo híbrido que mantenga características tanto estáticas como dinámicas.

Magíster en Ciencias, Mención Computación. Ingeniera Civil en Computación / La integración de tarjetas inteligentes en sistemas de transporte público ha permitido que los operadores, autoridades e investigadores, tengan acceso a una mejor perspectiva del servicio. La colección diaria de transacciones de tarjetas inteligentes trae consigo problemas propios del manejo de grandes volúmenes de datos: problemas metodológicos y nuevos desafíos. Por ejemplo, para hacer un análisis longitudinal del comportamiento de los usuarios, se necesitan los registros de transacciones en largos periodos de tiempo. No obstante, no todos los sistemas de transporte asocian información del usuario a las tarjetas inteligentes. Luego, las tarjetas se vuelven intercambiables, y no es posible asegurar la relación uno a uno entre usuarios y tarjetas. Este problema se vuelve una limitación mayor cuando el sistema presenta una alta renovación de tarjetas. El objetivo de esta tesis es medir la estabilidad y unicidad del comportamiento de usuarios de transporte público, con el fin de evaluar la posibilidad de reconocer a los usuarios a través de su movilidad. Para lograr lo anterior, se implementan tres algoritmos de caracterización y comparación de la movilidad humana: dos adaptaciones de algoritmos de la literatura, y uno diseñado y calibrado en esta tesis. Los tres algoritmos se evalúan bajo dos perspectivas: - Cuán variable es la movilidad de los usuarios a través del tiempo. - Cuán característica es la movilidad de los usuarios respecto a sus pares. Para medir cuán variables son los usuarios se utilizó una base de datos de registros de dos años del sistema de transporte público de Gatineau, Canadá. Para medir la capacidad de reconocer usuarios se utilizó una base de datos de registros de dos semanas, separadas por un intervalo de cinco meses, del sistema de transporte público de Santiago, Chile. Los tres algoritmos reportan diferencias en el grado de variabilidad de los usuarios y en la capacidad de distinguirlos según su movilidad. Sin embargo, se observa de manera transversal que a mayor cercanía entre los periodos observados menor es la variabilidad medida. Del mismo modo se observa que a mayor tamaño de los periodos comparados, mayor es la estabilidad de la movilidad. Por otra parte, si bien los usuarios presentan una alta variabilidad en la movilidad, la mayoría posee una componente estable en el tiempo. En relación a la capacidad de reconocer a los usuarios, se observa que hay un grupo de usuarios distinguible por los tres algoritmos, del mismo modo, hay usuarios no distinguibles por ninguno. Se concluye que es posible reconocer a usuarios mediante su movilidad en transporte público, pero con una alta tasa de error. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería (CONICYT-PIA_FB0816), el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDECYT 116_1589, FONDEF D10E_1002), y el programa de estadías cortas de investigación del departamento de postgrado y postítulo de la Vicerrectoría de Asuntos Académicos de la Universidad de Chile

Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniero Civil Matemático / El problema de la evasión del pago del pasaje en el transporte público es transversal a distintos sistemas de transporte a lo largo del mundo, causando pérdidas a las empresas operadoras y al Estado. Ya que la instalación de barreras físicas y torniquetes no siempre es posible o deseable, diversos sistemas recurren al control del pago del pasaje a bordo. En esta tesis se modela el fenómeno de la evasión como un juego de Stackelberg sobre un grafo dirigido en el que interactúan dos jugadores: un inspector (el líder) y un evasor (el seguidor). Para controlar la evasión, el líder se ubica aleatoriamente sobre a lo más un arco de la red. Para ello, su estrategia consiste en fijar una distribución de probabilidad de inspección sobre los arcos del grafo. El seguidor, quien desea viajar entre dos nodos fijos sin pagar el pasaje, reacciona escogiendo como estrategia un camino, y lo recorre de manera que si atraviesa el arco donde se encuentra el inspector, deberá pagar una multa antes de continuar su viaje. Dependiendo de su comportamiento después de pagar la multa, se hace la distinción entre un seguidor no adaptativo, que continúa su viaje por el camino escogido previamente sin modificar su ruta, y uno adaptativo, que continúa su trayecto a través de un camino mínimo con respecto a las distancias. Dada una distribución de probabilidad de inspección, los tiempos de viaje y el valor de la multa, el objetivo del seguidor es encontrar un camino de costo esperado mínimo. Mientras que para el seguidor no adaptativo este problema se reduce a encontrar un camino mínimo con respecto a una versión modificada de las distancias, la pregunta por la complejidad del problema del seguidor adaptativo queda abierta. En esta tesis se diseñan algoritmos pseudopolinomiales para este último problema en grafos acíclicos y en grafos generales, además de un algoritmo fuertemente polinomial en grafos generales para el caso en que la distribución de inspección es uniforme sobre los arcos. Por último, se presenta un esquema de aproximación a tiempo totalmente polinomial (FPTAS) en grafos generales, y se amplía un resultado previo de Correa et al., donde se muestra que el cuociente entre los valores óptimos de los problemas no adaptativo y adaptativo es a lo más 4/3, mostrando un ejemplo donde la cota es ajustada. El líder, por su parte, es modelado de acuerdo a dos variantes. En la primera de ellas, su objetivo es maximizar el costo esperado del seguidor. Se prueba que cuando el seguidor es no adaptativo, este problema se puede resolver en tiempo polinomial, mientras que para el seguidor adaptativo se diseña un FPTAS. En la segunda variante, el líder busca maximizar el valor esperado de la multa recolectada. En el caso del seguidor no adaptativo, se demuestra que el problema de decisión asociado es NP-completo, mientras que para el seguidor adaptativo la pregunta por la complejidad se deja abierta.

Magíster en Gestión y Políticas Públicas / El Programa Nacional de Fiscalización de Transportes es un programa presupuestario dependiente del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones. Carece de estructura orgánica, facultades y atribuciones propias. Opera al alero de algunos artículos de la Ley de Tránsito, que establecen facultades para los inspectores fiscales y municipales y de una resolución exenta del trámite de toma de razón, que establece estructura funcional para la Subsecretaría de Transportes. Su personal mayoritariamente se encuentra trabajando sin contrato, bajo la modalidad de convenio a honorarios, en condiciones contractuales débiles. Lo anterior ocurre frente a la demanda de una ciudadanía y gremios sectoriales empoderados que cada día exigen más y mejor control sobre lo que sucede en la calle en los distintos modos de transporte terrestre especialmente en el transporte público-, servicios subsidiados y establecimientos relacionados al sector. Sabido es, que el transporte incide directamente en la calidad de vida de las personas, y que más y mejor conectividad contribuye al desarrollo económico y productivo e incide en distintas variables de crecimiento de un territorio y su población. Por lo tanto, se hace necesario contar con una institucionalidad robusta en materias de educación, promoción, regulación, control, sanción y seguimiento del transporte público y privado, y sobre todo eficiente para generar mejores servicios para la ciudadanía. Esta tesis aborda este problema a través de una metodología cualitativa y un instrumento de indagación semi estructurado, aplicado a 24 actores relevantes. Como resultado, se obtuvieron algunas conclusiones principales: (i) Ausencia de estructura orgánica, que deriva en problemas administrativos, de gestión y de imagen (ii) Carencia de visión sistémica para atender el proceso integral de fiscalización en todas sus fases y hacerlo más eficiente, (iii) Proceso de toma de decisiones excesivamente centralizado lo que genera débil gobernanza, (iv) Ausencia de mecanismos de evaluación externos al programa. Las recomendaciones finales se abordan desde una perspectiva sistémica orientada a mejorar los procesos, el diseño de la estrategia de fiscalización y la utilización de elementos de entrada para abordar mejoras de corto, mediano y largo plazo que influyan directamente en los resultados de gestión.

Ingeniero Civil Industrial / El sistema de Transantiago integra a siete operadores privados de buses con Metro, una sociedad anónima de propiedad estatal. Cubre el área conocida como Gran Santiago, abarcando una población estimada de 6,35 millones de personas. El año 2017 debiera realizarse un nuevo proceso de licitación de los buses de Transantiago, para lo cual se ha creado una secretaría técnica dependiente del Directorio de Transporte Público Metropolitano, responsable de generar una propuesta de rediseño en las regulaciones de las empresas privadas. En este marco, surge el presente trabajo de título consistente en realizar recomendaciones de formas de regulación y estructura de Transantiago que permitan mejorar el sistema del punto de vista de su eficiencia, bienestar social y de su aporte a la equidad y sustentabilidad. Para esto, se realizó una comparación de distintos sistemas de transporte público del mundo, seleccionando las ciudades de Madrid, Londres, Berlín, Bogotá, Sao Paulo, Medellín y Santiago. Primero se hizo una revisión de la literatura en temas relacionados con el trasporte público. Luego se recolectó información de estos sistemas y se sintetizó en tablas comparativas que permiten una visualización rápida de las distintas características presentes, para luego identificar las diferencias que presenta Transantiago con los demás sistemas y sobre todo con aquellos mejor evaluados. Las diferencias encontradas fueron analizadas para obtener 13 recomendaciones, que son la creación de una entidad metropolitana de la cual DTPM sea dependiente; aumentar las atribuciones de DTPM en planificación y mantención de infraestructura vial y gestión del tráfico; estudiar la forma en que se fija la tarifa y si es correcto que sea realizada por un panel externo a DTPM; estudiar cuál es el subsidio óptimo del sistema y si los costos actuales son eficientes o no; aumentar las atribuciones de DTPM para integrar operacionalmente a Metro, mantener la correcta integración tarifaria los modos y evaluar la creación de un abono transporte y la inclusión de las bicicletas dentro del sistema; mantener la correcta disponibilidad de información que se presenta actualmente; estudiar el tamaño óptimo de las empresas en Santiago; considerar la posibilidad de reducir el tamaño de la concesión; acortar duración de la concesión; estudiar disminuir la complejidad de los índices de desempeño actuales, siempre y cuando se adopten otras medidas que actúen como incentivos a la calidad, y aumentar el monto máximo de multas.; incluir la renovación automática de contratos según desempeño; ampliar las atribuciones de DTPM para regular la mantención de paraderos; y finalmente realizar adquisición de terminales por parte de DTPM o algún ente privado.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Al evaluar el desempeño eléctrico que tiene un tren a lo largo de una línea ferroviaria, es posible observar que se producen picos de potencia eléctrica durante la aceleración. Estos picos se producen durante un corto periodo de tiempo, sin embargo, repercuten directamente en los pagos por el suministro eléctrico. Este problema se ha solucionado de diferentes formas, entre las cuales se encuentran la optimización de las bitácoras de trenes y la introducción de sistemas de almacenamiento de energía. Este último método se ha ido posicionando en los últimos años debido a los decrecientes precios de los sistemas de almacenamiento. Dado el contexto anterior, en el presente estudio se estudiará la factibilidad técnica y económica de introducir sistemas de almacenamiento de energía en la línea 4 del metro de Santiago. La utilización de estos tienen como objetivo disminuir los costos asociados al pago por potencia, energía eléctrica y emisiones de gases de efecto invernadero. Además, se busca dotar a la línea de metro de un respaldo de energía, el cual pueda asistir al suministro eléctrico en contingencias. Este estudio se realiza en el marco del Proyecto FONDEF IT15 I 10085, el cual está a cargo del Centro de Energía y el Centro de Modelamiento Matemático. La metodología utilizada consiste en realizar simulaciones de la dinámica de un tren, para luego utilizar estos resultados en la cuantificación del recorte de potencia para diferentes tipos de tecnologías. Después, esta información es utilizada en conjunto con las características de la línea y los trenes, simulando el desempeño eléctrico de los diferentes escenarios durante un año. Finalmente, utilizando el costo de los sistemas de almacenamiento de energía, los costos del suministro eléctrico y los costos asociados a la emisión de gases de efecto invernadero, se realiza una evaluación económica social, midiendo la rentabilidad y el valor actual neto de los proyectos. Producto de la evaluación de los tipos de tecnologías de almacenamiento de energía, se selecciona el litio-titanato (LTO) y níquel-metal hidruro (Ni-MH) para el estudio, disponiendo los módulos de almacenamiento de energía a bordo de los trenes. En promedio se obtiene que el tamaño del sistema de almacenamiento de energía por tren es de 180 [kWH], con una potencia de carga/descarga máxima de 2423.3 [kW]. El estudio arroja que la incorporación de sistemas de almacenamiento de energía permiten una reducción en promedio del 29.4% de la potencia máxima desarrollada por la línea, y por consecuencia, una reducción del consumo promedio de energía eléctrica en un 30.2%. De este modo, se consiguen ahorros en el uso del suministro eléctrico, y en los costos asociados a los gases de efecto invernadero. Finalmente al evaluar económicamente los proyectos en un horizonte de 10 años, se obtiene que todos ellos son socialmente rentables, obteniendo valores actuales netos desde los 7.9 hasta los 12.9 MMUSD. / FONDEF IT15 I 10.085, a cargo del centro de Energía y centro de Modelamiento Matemático

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Industrial / El presente trabajo de título se enmarca en la empresa Metro y establece el desarrollo de una propuesta de rediseño para el proceso de control de calidad de repuestos utilizados en tareas de mantenimiento, con el objetivo de generar un control oportuno de las no conformidades y reducir los tiempos de ejecución del proceso. El proceso de control de calidad se encarga de verificar el cumplimiento de las características técnicas de los repuestos adquiridos, para así asegurar un correcto funcionamiento de los equipos durante la explotación. Las oportunidades de mejora detectadas hacen referencia a generar un proceso de medición de calidad diferenciado, en el cual enfatizar un control más exhaustivo a repuestos de mayor importancia. Por otro lado, se detectó una baja estandarización del proceso que afecta la eficiencia de éste y el uso de recursos. También se detectó el incumplimiento de los plazos establecidos como meta para el proceso, lo cual se relaciona con la baja implementación del control y retroalimentación del proceso. En función de dichas oportunidades, este trabajo de tesis plantea el objetivo de reducir los tiempos del proceso y asegurar la detección oportuna de repuestos no conformes en calidad, garantizando el uso de piezas de calidad en mantenimientos e incrementando en consecuencia la calidad del servicio de transporte de pasajeros. Finalmente, las soluciones planteadas buscan generar una reducción de los tiempos de ejecución de controles de calidad a través del establecimiento de planes de muestreo estándares, que mejorarán la utilización de recursos al enfocarse en los repuestos de mayor importancia y controlarán el desempeño del proceso a través del uso de KPI s, para detectar oportunamente desviaciones de calidad en repuestos que puedan ser usados en tareas de mantenimiento y en consecuencia puedan generar fallas potenciales del servicio.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / La misión del transporte público urbano es darle una solución eficaz y expedita a la necesidad de movilidad de las personas dentro de la ciudad. Las personas además de pagar el valor de la tarifa, por hacer uso del sistema de transporte, deben utilizar su tiempo (acceso, espera y viaje), incrementando el costo que perciben por usar el transporte público. Por esto, es necesario hacer un diseño táctico y operacional eficiente, buscando reducir, no solo los costos de operación, sino también el tiempo empleado por el usuario. Los sistemas de buses poseen 2 formas de operación. Por frecuencia, cuándo se asigna una oferta fija de buses por hora para operar un servicio y por itinerarios, cuando se fijan los horarios de pasada de buses en los paraderos. Esto ha sido abordado múltiples veces en la literatura, en donde se ha encontrado que para servicios de baja demanda es más eficiente una operación mediante itinerarios. En el presente trabajo de investigación han sido estudiados los factores que inciden en el costo de los operadores y usuarios para 31 servicios de baja demanda del sistema de transporte público de Santiago de Chile, Transantiago. Se plantea un modelo microeconómico que considera costos de operadores y usuarios para determinar la frecuencia óptima de operación que minimice el costo total de una línea de bus simple. El modelo se aplica para un escenario con demanda paramétrica, considerando un promedio de la demanda en periodos fuera de punta. El modelo tiene como objetivo principal determinar la variación de costos totales entre servir una línea de buses en modo itinerario o frecuencia, identificando qué variables y en qué medida afectan los costos según la forma de operación. Para esto, se crean distintos escenarios que determinan la influencia que tiene el hacinamiento, la variabilidad en la operación, el tiempo de programación de llegada al paradero y el nivel de conocimiento de los usuarios. Para ello, fueron utilizados datos correspondientes a la semana laboral del 9 al 13 de abril de 2018, los cuales contienen información asociada a la operación de los buses en ruta y a la demanda que posee cada servicio. Además, existen datos de la operación del sistema, provista por el Directorio de Transporte Público Metropolitano (DTPM). A su vez, se realizaron encuestas de preferencias reveladas, con el fin de entender el comportamiento de la gente ante los servicios operados con itinerarios. Los resultados del modelo indican que para una operación óptima con itinerarios, se genera una reducción de 24% en los costos de espera del usuario. Por otra parte, se observó que en un escenario donde las personas conocen el itinerario y programan su llegada al paradero de forma eficiente, se alcanzan los mayores beneficios para una operación con itinerarios, generando una reducción de un 11% en los costos de espera de los usuarios. Además, considerar los efectos del hacinamiento y la variabilidad del servicio es importante para estimar correctamente los costos percibidos por ellos. Por lo tanto, informar activamente a los usuarios es fundamental para reducir tanto los costos de operación, debido a la menor frecuencia requerida, como los costos que percibe el usuario, ya que una operación con itinerarios le permite programar su viaje y utilizar de mejor forma su tiempo.