Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

La miopía es el defecto refractivo del ojo más frecuente. En los últimos años, ha crecido la preocupación por el incremento exponencial de la prevalencia de la miopía en la población juvenil, existiendo una gran presión para la investigación y desarrollo de nuevas técnicas para la predicción y el control de la elongación axial del ojo, que es la principal responsable del crecimiento de la miopía. El riesgo de padecer enfermedades como glaucoma o maculopatías se incrementa muy significativamente a medida que la miopía aumenta. De ahí, la importancia de conocer si existen factores geométricos a nivel de esclera que nos permitan predecir qué casos son más susceptibles de cambios en esclera que conduzcan al alargamiento del ojo y, por consiguiente, al crecimiento de la miopía. Según la literatura, las tecnologías que aparecen actualmente clínicamente aplicables para el análisis de las propiedades geométricas de la estructura esclero-conjuntival se basan en el uso de la tomografía de coherencia óptica de segmento anterior (AS-OCT), la perfilometría o la cámara Scheimpflug. Las tecnologías de ASOCT necesitan una serie de mejoras para alcanzar una caracterización clínica precisa y reproducible de esta estructura. De las técnicas de perfilometria, la perfilometría de dominio de Fourier con el sistema Eye Surface Profiler (ESP) es actualmente la tecnología más avanzada de uso clínico disponible en Europa que proporciona un análisis muy completo de las propiedades geométricas de la estructura escleral-conjuntival humana. Dentro de las tecnologías de cámara Scheimpflug, ha aparecido recientemente en el mercado el módulo de perfil corneo escleral (CSP) del sistema Pentacam que permite obtener datos clínicos de la morfología escleral-conjuntival, especialmente para la adaptación de lentes de contacto esclerales y blandas. La comparación de las mediciones corneo-esclerales obtenidas con estos dos últimos sistemas (ESP y módulo CSP del Pentacam) ha permitido concluir que las medidas no son intercambiables. El módulo de perfil corneo-escleral del sistema Pentacam da unas medidas de altura sagital mayores y unas medidas de esfera de mejor ajuste (BFS) escleral más pronunciadas. Por otro lado, el análisis de la consistencia de las medidas geométricas corneo-esclerales proporcionadas por el sistema ESP ha permitido concluir que las medidas con dicho sistema son altamente repetibles a pesar de la rapidez de la medida, especialmente en lo que respecta a la altura sagital. Además, la medida es mínimamente invasiva, recogiendo en una rápida toma todos los datos necesarios para caracterizar la geometría corneo-escleral sin necesidad de realizar múltiples medidas en distintas posiciones como ocurre con el sistema SMap3D (basado en perfilometria de multiples miradas) o el módulo de CSP del sistema Pentacam. Con este mismo sistema ESP, en la presente tesis se ha permitido apreciar que la asimetría nasotemporal de las alturas sagitales podría ser un buen biomarcador de cambios miópicos. Además, se ha definido modelos con variaciones interoculares que demuestran que la longitud axial podría predecirse con niveles aceptables de precisión mediante una ecuación lineal considerando variables refractivas, corneales y corneoesclerales. Son necesarios más casos para lograr una mayor predictibilidad y una mejor estabilidad de los modelos, así como para confirmar la importancia de incluir la medida de altura sagital mínima en las predicciones. Esta última parte, es un estudio preliminar que proporciona información clave sobre el valor potencial de la geometría de la esclerótica anterior para la predicción de la longitud axial.

[ES] En las últimas décadas, el Cambio Climático (CC) y la presión antrópica están comprometiendo el estado de salud de los hábitats marinos. Como resultado, los arrecifes de coral están retrocediendo, y en consecuencia, se reduce la capacidad que tienen estas formaciones naturales de proteger las costas. Adicionalmente, el aumento del nivel del mar (SLR, por sus siglas en inglés) a causa del CC incrementa los procesos de erosión en playas a nivel global. La erosión de los litorales y la degradación de los corales aumenta la vulnerabilidad de las comunidades costeras a temporales e inundaciones, además de los daños asociados a los ecosistemas. Para reducir o revertir el deterioro de los ecosistemas costeros, se necesitan acciones activas. En muchas situaciones, el uso de infraestructuras de defensa, como diques rompeolas de baja cota (LCS, por sus siglas en inglés), es la opción adecuada. Los LCS son adecuados para la protección del litoral costero al prevenir o mitigar la erosión. Estas estructuras proporcionan servicios ecosistémicos, beneficiosos para la biodiversidad y que favorecen la colonización y regeneración de entornos degradados. No obstante, estas estructuras transforman el entorno y generan significativos impactos ambientales. Por esta razón, estructuras multi-propósito, como los diques homogéneos LCS formados por Cubípodos® (HLCS, por sus siglas en inglés), son preferibles respecto a los LCS para proveer los mismos servicios. Esta tipología está solo formada por Cubípodos®, construyéndose alineando múltiples capas horizontalmente. Esta estructura genera menos impactos, y es una estructura más porosa y heterogénea que presenta una mayor exposición a la luz y mayor cantidad huecos que favorece la colonización marina. Los HLCS presentan claras ventajas ambientales y, en consecuencia, los proyectos de investigación HOLOBREAK (2019-2022) y HOLOBRACE (2022-2024) tienen como objetivo aumentar la base de datos experimental y el conocimiento relacionado con los HLCS de Cubipodos®. Esta disertación, enmarcada en estos proyectos de investigación, busca desarrollar nuevas metodologías para diseñar HLCS de Cubipodos®. Primeramente, es necesario caracterizar su respuesta frente a la acción del oleaje. Típicamente, esto se solventa con perfiladores mecánicos, que son aparatos muy extendidos en experimentación física a pequeña escala que no han evolucionado en décadas. En contraste, estos métodos pueden actualizarse con instrumentación más moderna, como escáneres láser 3D. Es más, se presenta un método que utiliza los escáneres láseres 3D como perfiladores digitales para caracterizar la respuesta a la acción del oleaje de los modelos físicos, incluso con la presencia de agua, corrigiendo la distorsión por refracción de la luz. Segundamente, la factibilidad de la construcción de una nueva tipología de dique se evalúa con ensayos de construcción realista a pequeña escala. El inconveniente es que consumen valioso tiempo y necesitan operadores especializados. En cambio, los modelos numéricos son potenciales alternativas para simular procesos de construcción, así poder reducir la incertidumbre por defectos de escala. Para ello, el Bullet Physics Engine (BPE, por sus siglas en inglés) se ha escogido; su uso está muy extendido en la industria de la animación y videojuegos. Aquí, el BPE se adapta para simular un gruista y, gracias a ello, la realización de multitud de simulaciones realistas de la construcción para evaluar la viabilidad de la constructiva de diques HLCS de Cubípodos®. / [CA] En les últimes dècades, el Canvi Climàtic (CC) i la pressió antròpica estan comprometent l'estat de salut dels hàbitats marins. Com a resultat, els esculls de coral estan retrocedint, i en conseqüència, es reduïx la capacitat que tenen estes formacions naturals de protegir les costes. Addicionalment, l'augment del nivell de la mar (SLR, per les seues sigles en anglés) a causa del CC incrementa els processos d'erosió en platges a nivell global. L'erosió dels litorals i la degradació dels corals augmenta la vulnerabilitat de les comunitats costaneres a temporals i inundacions, a més dels danys associats als ecosistemes. Per a reduir o revertir la deterioració dels ecosistemes costaners, es necessiten accions actives. En moltes situacions, l'ús d'infraestructures de defensa, com a dics de baixa cota de coronació (LCS, per les seues sigles en anglés), és l'opció adequada. Els *LCS són adequats per a la protecció del litoral costaner en previndre o mitigar l'erosió. Estes estructures proporcionen servicis ecosistèmics, beneficiosos per a la biodiversitat i que afavorixen la colonització i regeneració d'entorns degradats. No obstant això, estes estructures transformen l'entorn i generen significatius impactes ambientals. Per esta raó, estructures multi-propòsit, com els dics homogenis LCS formats per Cubipods® (HLCS, per les seues sigles en anglés), són preferibles respecte als LCS per a proveir els mateixos servicis. Esta tipologia està només formada per Cubipods®, construint-se alineant múltiples capes horitzontalment. Esta estructura genera menys impactes, i és una estructura més porosa i heterogènia que presenta una major exposició a la llum i major quantitat buits que afavorix la colonització marina. Els HLCS presenten clars avantatges ambientals i, en conseqüència, els projectes d'investigació HOLOBREAK (2019-2022) i HOLOBRACE (2022-2024) tenen com a objectiu augmentar la base de dades experimental i el coneixement relacionat amb els HLCS de Cubipods®. Esta dissertació, emmarcada en estos projectes d'investigació, busca desenrotllar noves metodologies per a dissenyar HLCS de Cubipods®. Primerament, és necessari caracteritzar la seua resposta enfront de l'acció de l'onatge. Típicament, això se soluciona amb perfiladors mecànics, que són aparells molt estesos en experimentació física a petita escala que no han evolucionat en dècades. En contrast, estos mètodes poden actualitzar-se amb instrumentació més moderna, com a escàners làser 3D. És més, es presenta un mètode que utilitza els escàners làsers 3D com a perfiladors digitals per a caracteritzar la resposta a l'acció de l'onatge en els models físics, fins i tot amb la presència d'aigua, corregint la distorsió per refracció de la llum. Segondament, la factibilitat de la construcció d'una nova tipologia de dic s'avalua habitualment amb assajos de construcció realista a escala reduïa. L'inconvenient és que són poc eficients en temp i necessiten operadors especialitzats. En canvi, els models numèrics són potencials alternatives per a simular processos de construcció, així poder reduir la incertesa per defectes d'escala. Per a això, el Bullet Physics Engine (BPE, per les seues sigles en anglés) s'ha triat; el seu ús està molt estés en la indústria de l'animació i videojocs. Ací, el BPE s'adapta per a simular un gruista i, gràcies a això, la realització de multitud de simulacions realistes de la construcció per a avaluar la viabilitat constructiva dels dics HLCS de Cubipods®. / [EN] In recent decades, Climate Change (CC) and the anthropogenic pressure are compromising the health of marine habitats. As a result, coral reefs are retreating, reducing the ability of these natural formations to protect coastlines. In addition, Sea Level Rise (SLR) due to CC increases beach erosion processes globally. Coastal erosion and coral degradation increase the vulnerability of coastal communities to storms and flooding, in addition to the associated damage to ecosystems. To reduce or reverse the deterioration of coastal ecosystems, active actions are needed. In many situations, the use of hard-defense structures, such as Low Level Breakwaters (LCS), is the appropriate option. LCS are suitable for shoreline protection by preventing or mitigating erosion. These structures provide ecosystem services, which are beneficial for biodiversity and favour the colonisation and regeneration of degraded environments. Nonetheless, these structures transform the environment and generate significant environmental impacts. For this reason, multi-purpose structures, such as homogeneous LCS made out of Cubipods® (HLCS), are preferable to LCS to provide the same services. This typology is only formed by Cubipods®, being built by aligning multiple layers horizontally. This structure generates fewer impacts, and is a more porous and heterogeneous structure that has greater exposure to light and more hollows that favour marine colonisation. HLCS present clear environmental advantages and, consequently, the HOLOBREAK (2019-2022) and HOLOBRACE (2022-2024) research projects aim to increase the experimental database and knowledge related to Cubipodos® HLCS. This dissertation, framed within these research projects, aims to develop new methodologies for designing Cubipod HLCS®. Firstly, it is necessary to characterise their response to wave action. Typically, this is solved with mechanical profilers, which are widely extended instruments in small-scale physical experimentation that have not evolved for decades. In contrast, these outdated methods can be upgraded with modern instrumentation, such as 3D laser scanners. Moreover, a method is presented that uses 3D laser scanners as digital profilers to characterise the response to wave action in physical models, even in the presence of water, correcting for light refraction distortion. Secondly, the feasibility of constructing a new type of breakwater is usually assessed with small-scale realistic construction tests. The drawback is that they are not very time efficient and require trained operators. In contrast, numerical models are potential alternatives to simulate construction prodedures in order to reduce uncertainty due to scale defects. For this purpose, the Bullet Physics Engine (BPE) has been chosen; widely used in the animation and video game industry. Here, the BPE is adapted to simulate a crawler crane, with the performance of the multitude of realistic construction simulations to evaluate the construction feasibility of Cubipods® HLCS breakwaters. / Muñoz Palao, S. (2024). Hydraulic Stability and Placement Grids for Homogeneous Low-Crested Structures (HLCS) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213914