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Caracterización del fenómeno de islas de calor urbano en una ciudad tropical andina colombiana (Cartago, Valle del Cauca) integrando variables ambientales
No full textLa dinámica urbana y sus impactos asociados han llevado a modificaciones significativas en la estructura básica y el funcionamiento de los ecosistemas. La heterogeneidad del paisaje juega un papel importante en la variación de la temperatura superficial terrestre (LST) dentro de la ciudad y sus áreas circundantes. Las islas de calor urbanas superficiales (SUHI) son una alteración antropogénica del sistema terrestre. Sus patrones espaciotemporales generan variaciones térmicas que afectan la relación entre los sistemas urbano y biofísico. Comprender el efecto de estos cambios es fundamental para enfrentar los desafíos que genera el crecimiento de las poblaciones urbanas. En esta Tesis Doctoral se utilizaron 37 imágenes de los sensores Landsat-TM, ETM+, OLI/TIRS y 11 imágenes del instrumento multiespectral Sentinel-2 (S2-MSI) para derivar LST y diferentes factores ambientales que permitieron generar un modelo explicativo del fenómeno SUHI, detectando patrones térmicos espaciotemporales a través de la combinación de técnicas de análisis de componentes principales (PCA), y regresión lineal múltiple (MLR) para la ciudad colombiana de Cartago durante el período 2001-2020. Las variables del modelo incluyeron distintos índices espectrales, transformadas espectrales y factores de proximidad. Para estimar los valores LST en las imágenes Landsat-8 OLI/TIRS se probaron 3 modelos de emisividad. El modelo de fracción de cobertura vegetal (FCOVER) derivado de S2-MSI produjo los mejores resultados para recuperar LST con R² = 0,78 y errores medios comprendidos entre 1,1 y 1,3 °C, en comparación con las temperaturas medidas in situ. Los resultados indicaron que los factores ambientales con mayor impacto fueron los índices de diferencia normalizada de agua (NDWI), 52%, y de construcción (NDBI), 21%. El resto de factores incidieron en menor medida. Además, durante la serie temporal 2001-2020 se observó un aumento continuo térmico en tiempo y espacio. Esta investigación propone un modelo novedoso para determinar el fenómeno SUHI, incorporando el algoritmo Weighted Naïve Bayes (WNB) que permitió identificar áreas propensas a temperaturas extremas. El modelo obtenido con WNB demostró confiabilidad de 95%, frente al 88% proporcionado por el algoritmo Support Vector Machine (SVM). El algoritmo WNB permitió integrar de manera eficiente la contribución de cada factor ambiental involucrado. La segmentación se utilizó para producir el mapa de recomendación térmica urbana y categorizar el entorno con un estado SUHI específico y, por tanto, proponer acciones de mitigación y adaptación como parte del proceso de planificación urbana.
ABSTRACT
Urban dynamics and its associated impacts have led to significant changes in the basic structure and functioning of ecosystems. Landscape heterogeneity plays an important role in the variation of the land surface temperature (LST) within the city and its surrounding areas. Surface Urban Heat Islands (SUHI) are an anthropogenic disturbance of the Earth system. Its spatiotemporal patterns generate thermal variations that affect the relationship between urban and biophysical systems. Understanding the effect of these changes is essential to face the challenges generated by the growth of urban populations. In this Doctoral Thesis, 37 images from Landsat-TM, ETM+, OLI/TIRS sensors and 11 images from the Sentinel-2 multispectral instrument (S2-MSI) were used to derive LST and different environmental factors that allowed generating an explanatory model of the SUHI phenomenon, detecting spatiotemporal thermal patterns through the combination of principal component analysis (PCA) techniques and multiple linear regression (MLR) for the Colombian city of Cartago during the period 2001-2020. The model variables included different spectral indices, spectral transforms, and proximity factors. To estimate the LST values on the Landsat-8 OLI/TIRS images, 3 emissivity models were tested. The fractional vegetation cover (FCOVER) model derived from S2-MSI produced the best results for recovering LST with R² = 0.78 and mean errors between 1.1 and 1.3 °C, compared to the temperatures measured in situ. The results indicated that the environmental factors with the greatest impact were the Normalized Difference Water Index (NDWI), 52%, and the Normalized Difference Building Index (NDBI), 21%. The rest of the factors are affected to a lesser extent. Furthermore, during the 2001-2020 time series, a continuous thermal increase was observed in time and space. This research proposes a novel model to determine the SUHI phenomenon, incorporating the Weighted Naïve Bayes (WNB) algorithm, which allowed the identification of areas prone to extreme temperatures. The model obtained with WNB demonstrated reliability of 95%, compared to 88% provided by the Support Vector Machine (SVM) algorithm. The WNB algorithm allowed to efficiently integrate the contribution of each environmental factor involved. The segmentation obtained was used to categorize the urban environment according to a specific SUHI status and, therefore, propose mitigation and adaptation actions as part of the urban planning process
Simulador de espectáculos de vuelo con drones en Unity 3D
No full textEn los últimos años, ha habido un auge en el uso de los vehículos aéreos no tripulados conocidos como drones. Podemos encontrarlos tanto para usos de vigilancia, salvamento, transporte, militar o entretenimiento. En este proyecto nos centraremos en lo que sería en el aspecto enfocado en el entretenimiento.
Para ello, a través de la herramienta Unity 3D, simularemos el comportamiento de un conjunto grande de drones para formar distintas animaciones, o figuras, tanto en movimiento como estáticas. Para ello, se deberá codificar el comportamiento de los drones. Esto conlleva su movimiento, su capacidad para detectar a otros drones y evitar colisiones con estos. También, se deberá realizar las animaciones en el aire, jugando con el movimiento de los drones, y las luces que estos llevan incorporadas, para darle más vida y espectacularidad a la animación. Además, para darle más realismo, se simulará la batería de los drones. Finalmente, se incorporará una interfaz de usuario para que se pueda navegar entre animaciones e interactuar con ellas.
Abstract:
In recent years, there has been a surge in the use of unmanned aerial vehicles known as drones. We can find them used for surveillance, rescue, transportation, military purposes, or entertainment. In this project, we will focus on the aspect related to entertainment.
To do this, we will simulate the behavior of a large group of drones to create various animations or shapes, both in motion and static, using the Unity 3D tool. To achieve this, we will need to code the behavior of the drones. This involves their movement, their ability to detect other drones and avoid collisions with them. Additionally, we will create animations in the air, manipulating the movement of the drones and the lights they incorporate to add more life and spectacularity to the animation. Furthermore, to make it more realistic, we will simulate the drones' batteries. Finally, a user interface will be incorporated to allow navigation between animations and to interact with them
Influence of time on the microstructure, thermal and mechanical properties of 1D PLA and PLA-Mg filaments after Fused Filament Fabrication
No full textLos materiales poliméricos procesados por la técnica de fabricación aditiva Fused-Filament Fabrication (FFF) para crear piezas 3D sufren un tratamiento térmico que impacta en sus propiedades físicas, químicas, mecánicas y térmicas. Conocer las propiedades de un material antes de utilizarlo para cualquier aplicación es algo imperativo para poder diseñar correctamente cualquier pieza. En este trabajo se analiza cómo el procesado FFF afecta a estructuras 1D de PLA y PLA-Mg, desacoplando del estudio las variables asociadas a una estructura tridimensional (3D) impresa. De esta forma, se consigue profundizar en el entendimiento de los mecanismos que afectan a las propiedades de una pieza 3D impresa por FFF, el cual resulta muy complejo por la enorme variedad de variables que presenta el problema: temperatura de impresión, porcentaje de relleno, ángulo de impresión, velocidad de impresión, altura de capa, temperatura de cama, temperatura ambiente, y otras muchas más. Para desacoplar y eliminar la mayor cantidad posible de estas variables se han investigado estructuras una dimensión (1D), las más simples posibles. Se han realizado ensayos de densitometría, calorimetrías diferenciales de barrido (DSC), tracción, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y observaciones mediante perfilometría y microscopía electrónica de barrido (SEM) para obtener el impacto del proceso FFF en los materiales PLA y PLA-Mg. Se han discutido posibles procesos de degradación desde un punto de vista novedoso, se han buscado evidencias de la orientación-molecular inducida por flujo y se han realizado modelos para describir el envejecimiento de los polímeros. Se ha realizado un especial énfasis en comprender la evolución de estos materiales con el tiempo para poner de manifiesto la importancia de envejecer el PLA y cualquier material base PLA antes de caracterizarlo. Los resultados obtenidos han permitido extender los conocimientos actuales sobre PLA y PLA-Mg y sentar una base sólida sobre la que discutir cómo afecta el proceso FFF al material impreso en cualquier estructura impresa 3D gracias a este estudio de filamentos 1D. Los materiales de PLA y PLA-Mg se han elegido por su presencia en la sociedad y potencial para mejorar en la regeneración de tejido óseo.
ABSTRACT
Polymeric materials processed by the Fused-Filament Fabrication (FFF) additive manufacturing technique to create 3D parts undergo heat treatment that impacts their physical, chemical, mechanical, and thermal properties. Knowing the properties of a material before using it for any application is imperative to be able to correctly design any part. In this work we analyze how FFF processing affects 1D PLA and PLA-Mg structures, decoupling from the study the variables associated with a three-dimensional (3D) printed structure. In this way, it is possible to deepen the understanding of the mechanisms that affect the properties of a 3D part printed by FFF, which is very complex due to the enormous variety of variables presented by the problem: printing temperature, filling percentage, printing angle, printing speed, layer height, bed temperature, ambient temperature, and many others. To decouple and eliminate as many of these variables as possible, one-dimensional (1D) structures, the simplest possible, have been investigated. Densitometry, differential scanning calorimetry (DSC), tensile, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and observations by profilometry and scanning electron microscopy (SEM) have been performed to obtain the impact of the FFF process on PLA and PLA-Mg materials. Possible degradation processes have been discussed from a novel point of view, evidence of flow-induced molecular orientation has been sought and models have been made to describe polymer aging. Special emphasis has been made on understanding the evolution of these materials with time to highlight the importance of aging PLA and any PLA base material before characterizing it. The results obtained have allowed to extend the current knowledge on PLA and PLA-Mg and to lay a solid foundation on which to discuss how the FFF process affects the printed material in any 3D printed structure thanks to this 1D filament study. PLA and PLA-Mg materials have been chosen for their presence in society and potential to improve bone tissue regeneration
Comparative Analysis of the Basketball Organization System in China and in Spain
No full textIntroduction: This study explores the differences in basketball organizational development between China and Spain, focusing on their cultural and management approaches. The study aims to provide valuable insights into enhancing basketball development, informing policies, training programs, and management strategies in both countries. Additionally, the research investigates the coach-athlete relationship within the players federated of China and Spain. By examining factors such as communication, trust, and support, the study seeks to enhance coaching practices and athlete development strategies. By examining the coach-athlete relationship in different cultural contexts, this research has the potential to improve team dynamics, performance outcomes, and overall success in basketball.
Objective: To compare the development of basketball in Spain and China to identify whether these countries differ in basketball management, and also to inquire among the federated basketball players of different categories about the level of satisfaction of relationship with coaches.
Material and Methodology: A mixed-method approach was used in this study to examine the coach-athlete relationship in the basketball organizational systems of China and Spain. For the qualitative phase, twenty semi-structured interviews were conducted with individuals employed in the basketball associations of both countries. Thematic analysis was performed using the Atlas.ti software (Version 22). The quantitative phase involved 763 participants, with 384 respondents from China and 379 respondents from Spain. Participants were federated basketball players representing their respective age groups. The Coach-Athlete Relationship Questionnaire (CART-Q) was administered. Data analysis was conducted using SPSS 26. This mixed-method approach provided a comprehensive examination of the coach-athlete relationship in both countries' basketball organizational systems.
Results: The results of the interviews highlight key findings about the development processes, advantages, and disadvantages of Chinese and Spanish basketball. In China, the focus is on improving basketball management, talent acquisition, and the role of the president in driving development. The Chinese Basketball Association (CBA) actively contributes to the sport's evolution, with a focus on the success of the national team. In Spanish basketball, the emphasis is on popularization efforts, comprehensive talent acquisition strategies, and the role of the president of the Spanish Basketball Federation (FEB) in promoting development. Advantages include diverse sources of income, external support, effective management approaches, and involvement in charitable activities. However, both countries face challenges such as regional variations, bureaucratic issues, the financial impact of COVID-19, and lower popularity compared to other sports. The questionnaire results showed that almost all participants from both countries responded positively to these indications, although participants trained by Spanish coaches scored higher than their Chinese counterparts. These findings reveal that Spanish athletes feel that their coaches are more committed, closer, and more complementary to their careers compared to Chinese athletes. However, the difference was not statistically significant.
Conclusions: In conclusion, this study reveals significant differences in basketball management approaches between China and Spain. The interview findings highlight variations in athlete training, coach assessment, government support, regional development, and talent acquisition strategies employed by the Chinese Basketball Association (CBA) and the Spanish Basketball Federation (FEB). These discrepancies can be attributed to the distinct cultural contexts of the two countries. The study also utilizes the CART-Q questionnaire to identify the importance of commitment, closeness, and complementarity in coach-athlete relationships. Athletes who perceive positive relationships with their coaches tend to perform better and benefit more from coaching. Moreover, coaches who demonstrate a commitment to the athletes' long-term growth and development foster partnerships that extend beyond their sporting careers. These insights underscore the significance of strong coach-athlete relationships in achieving success and overall athlete well-being.
RESUMEN
Introducción: Este estudio explora las diferencias en el desarrollo organizativo del baloncesto entre China y España, centrándose en sus enfoques culturales y de gestión. El estudio tiene como objetivo proporcionar ideas valiosas para mejorar el desarrollo del baloncesto, informar acerca de políticas, programas de entrenamiento y estrategias de gestión en ambos países. Además, el presente trabajo investiga la relación entre entrenador y atleta en los jugadores federados de China y España. Al examinar factores como la comunicación, la confianza y el apoyo, el estudio busca mejorar las prácticas de entrenamiento y las estrategias de desarrollo de los atletas. Al examinar la relación entre entrenador y atleta en diferentes contextos culturales, esta investigación tiene el potencial de mejorar la dinámica del equipo, su rendimiento y, en general, el éxito de jugadores y entrenadores en su relación con el baloncesto.
Objetivo: Comparar el desarrollo del baloncesto en España y China y determinar si estos países difieren en la gestión de este deporte, además de indagar acerca del nivel de satisfacción de los jugadores federados de diferentes categorías respecto a su relación con los entrenadores.
Material y Método: Se utilizó un enfoque de método mixto en este estudio para examinar la relación entrenador-atleta en los sistemas organizativos de baloncesto de China y España. Para la fase cualitativa, se realizaron veinte entrevistas semiestructuradas con individuos empleados en las asociaciones de baloncesto de ambos países. El análisis temático se llevó a cabo utilizando el software Atlas.ti (Versión 22). La fase cuantitativa involucró a 763 participantes, con 384 encuestados de China y 379 encuestados de España. Los participantes eran jugadores de baloncesto federados que representaban a sus respectivos grupos de edad. Se administró el Cuestionario de Relación Entrenador-Atleta (CART-Q), con los encuestados españoles utilizando Google Forms y los encuestados chinos utilizando Wenjuanxing debido a restricciones gubernamentales. El análisis de datos se realizó utilizando SPSS 26. Este enfoque de método mixto proporcionó un examen exhaustivo de la relación entrenador-atleta en los sistemas organizativos de baloncesto de ambos países.
Resultados: Los resultados de las entrevistas resaltan hallazgos clave sobre los procesos de desarrollo, ventajas y desventajas del baloncesto chino y español. En China, se enfoca en mejorar la gestión del baloncesto, la adquisición de talento y el papel del presidente en impulsar el desarrollo. La Asociación China de Baloncesto (CBA) contribuye activamente a la evolución del deporte, con un enfoque en el éxito del equipo nacional. En el baloncesto español, se enfatizan los esfuerzos de popularización, estrategias integrales de adquisición de talento y el papel del presidente de la Federación Española de Baloncesto (FEB) en la promoción del desarrollo. Las ventajas incluyen fuentes de ingresos diversas, apoyo externo, enfoques de gestión efectivos y participación en actividades benéficas. Sin embargo, ambos países enfrentan desafíos como variaciones regionales, problemas burocráticos, impacto financiero de la COVID-19 y menor popularidad en comparación con otros deportes. Los resultados del cuestionario mostraron que casi todos los participantes de ambos países respondieron de manera positiva a estas indicaciones, aunque los participantes entrenados por entrenadores españoles obtuvieron puntuaciones más altas que sus homólogos chinos. Estos hallazgos revelan que los atletas españoles sienten que sus entrenadores están más comprometidos, son más cercanos y complementarios a sus carreras en comparación con los entrenadores chinos. Sin embargo, las diferencias no fueron estadísticamente significativas.
Conclusiones: Este estudio revela diferencias importantes en los enfoques de gestión del baloncesto entre China y España. Los hallazgos de las entrevistas resaltan las variaciones en la formación de los atletas, la evaluación de los entrenadores, el apoyo gubernamental, el desarrollo regional y las estrategias de adquisición de talento empleadas por la Asociación China de Baloncesto (CBA) y Federación Española de Baloncesto (FEB). Estas discrepancias se pueden atribuir a los distintos contextos culturales de los dos países. El estudio también utiliza el cuestionario CART-Q para identificar la importancia del compromiso, la cercanía y la complementariedad en las relaciones entre entrenadores y atletas. Los atletas que perciben relaciones positivas con sus entrenadores tienden a rendir mejor y beneficiarse más del entrenamiento. Además, los entrenadores que demuestran compromiso con el crecimiento y desarrollo a largo plazo de los atletas fomentan asociaciones que van más allá de sus carreras deportivas. Estos conocimientos subrayan la importancia de relaciones sólidas entre entrenadores y atletas para lograr el éxito y el bienestar general de los atletas
Diseño y dimensionamiento de una bodega para la elaboración de 50.000 L/año de vino blanco Albariño, acogido a la Denominación de Origen Rías Baixas, localizada en Cambados, Pontevedra
No full textEl presente trabajo recoge la información de mayor importancia de los diferentes anejos contemplados, el objetivo es el desarrollo del diseño y dimensionamiento de una bodega vinícola para la elaboración de vino blanco joven acogido a la Denominación de Origen Rías Baixas en la localidad de Cambados, Pontevedra, con una capacidad productiva de 50.000 L/año
Parámetros potencialmente críticos para la determinación de reactividades expansivas en áridos de la Península Ibérica
No full textLa reacción árido-álcali es un fenómeno patológico que se manifiesta en estructuras de hormigón y que compromete seriamente su durabilidad. Esta patología está principalmente influenciada por los materiales que forman parte de la composición de las mezclas de los hormigones fabricados y de las condiciones ambientales en las que se encuentran.
Dentro de la composición de los hormigones diseñados en la fase de ingeniería para una determinada estructura es de especial interés la selección de un árido con las propiedades mecánicas adecuadas y de baja o nula reactividad árido-álcali. De forma indirecta se hace necesario conocer y analizar también aquellos materiales extraídos de las explotaciones mineras más próximas a la ubicación de la estructura de hormigón para fomentar los áridos de proximidad y mejorar muy positivamente la sostenibilidad y cuidado del medio ambiente, en general, y el aspecto económico del proyecto a ejecutar.
Dependiendo de la composición química, los áridos en ambiente alcalino pueden desarrollar reacciones expansivas. Para que se produzcan este tipo de reacciones se tienen que dar de forma simultánea, presencia en cantidad suficiente de componentes reactivos en los áridos, concentración de álcalis en el hormigón, agua y temperatura suficiente para que la reacción química se produzca con una cinética de reacción determinada, formando productos de reacción expansivos que inducen la generación de fisuras. Es muy importante tener en cuenta la velocidad de reacción de los áridos. En ocasiones los áridos de reactividad potencial lenta son considerados no dañinos cuando en realidad pueden producir daño, si bien este factor está fuertemente influenciado por las condiciones ambientales a que está sometido el hormigón.
La Península Ibérica se caracteriza por tener una gran variedad de materiales, destacando la gran diversidad de recursos mineros existentes en la actualidad.
El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es aumentar el conocimiento y profundizar en el estudio del comportamiento de los áridos españoles en relación a la reacción áridoálcali, en cuanto a su potencial reactividad y su velocidad de reacción.
Del estado del conocimiento, basado fundamentalmente en el análisis de la bibliografía científica existente, se observa que aún no existe suficiente investigación que determine una clara identificación y clasificación de aquellos áridos que presentan velocidades de reacción lenta y que no pueden ser clasificados de forma correcta en los ensayos normalizados existentes en la actualidad.
Los áridos utilizados en la fabricación de hormigones, sin un estudio previo de detalle en la fase de diseño que tenga en cuenta el análisis de su potencial reactividad en el tiempo, pueden provocar a largo plazo serios daños en estructuras de gran envergadura y especiales como presas, centrales de producción energética, depósitos de residuos nucleares, puentes, túneles, prefabricados utilizados en el sector del transporte ferroviario, etc. Potencialmente, esos daños que se pueden generar influyen negativamente en la estabilidad de las estructuras, comprometiendo la integridad de las mismas a lo largo de su vida útil y por lo tanto el bienestar de la sociedad que se encuentre en el entorno de la zona de implantación de dichas estructuras.
Para ello, esta Tesis Doctoral se fundamenta en la aplicación de diversas técnicas y ensayos para el análisis microestructural y composicional de áridos de la Península Ibérica con el objetivo de obtener una metodología de análisis de la potencial reactividad árido-álcali, clasificando los áridos según su velocidad de reacción, siendo la expansión la referencia de la potencial reactividad con el ensayo de barras de mortero alargado en el tiempo.
Durante la investigación realizada y partiendo del análisis petrográfico según la recomendación RILEM AAR-1.1., se observa necesario completar el estudio realizado a todos los áridos, mediante el uso de otras técnicas de ensayo complementarias para obtener mayor información y precisión en la clasificación de su potencial reactividad. El análisis petrográfico inicial es interesante para identificar fases mineralógicas potencialmente reactivas, pero no suficiente para clasificar con precisión la potencial reactividad de los áridos teniendo en cuenta las velocidades de reacción.
Como los umbrales definidos en los ensayos estandarizados según UNE 146508 o ASTM C1260 no tienen en cuenta el comportamiento que desarrollan algunos áridos considerados de reacción lenta, manteniendo los tiempos de ensayo a corto plazo, se hace necesaria una revisión de los umbrales de clasificación definidos a corto plazo en los ensayos estandarizados en base al estudio y teniendo en cuenta los resultados obtenidos en los ensayos acelerados con barras de mortero prolongados en el tiempo y la correlación de los resultados obtenidos en los propios ensayos estandarizados con los diferentes parámetros que caracterizan a los áridos química y físicamente, aumentando así la precisión en la clasificación de la potencial reactividad de los áridos.
A partir del estudio realizado en esta Tesis Doctoral, se propone una calificación de la velocidad de reacción característica de los áridos, definiendo cinco grupos (sin reactividad; reactividad lenta; reactividad moderada; reactividad rápida; reactividad muy rápida), a partir de los resultados obtenidos en el ensayo acelerado de barras de mortero a 14 días y a 28 días (UNE 146508).
También se propone otra clasificación de áridos, combinando el análisis petrográfico por microscopía óptica con luz polarizada, el tratamiento de imágenes y el ensayo acelerado de barras de mortero a 14 días y a 28 días (UNE 146508), que clasifica los áridos como no reactivos, áridos de reacción lenta, áridos de reacción rápida y áridos con efecto pésimo.
También se realiza un estudio de los álcalis extraíbles en el tiempo, aplicando los métodos de extracción denominados α y β. En el método α se utiliza una disolución de agua ultrapura a 20°C en contacto con el árido ensayado. En el método β se utilizan las disoluciones R1 [Ca(OH)2 sat + exc], R2 [0,7N NaOH], R3 [0,7N KOH], R4 [0,7N NaOH + Ca(OH)2 sat y exc], R5 [0,7N KOH + Ca(OH)2 sat y exc] a 150°C. Del análisis realizado, aquellos métodos que presentan mayor eficiencia de extracción iónica son los que utilizan disoluciones saturadas en Ca(OH)2 y que simulan la fase líquida de los hormigones, en este caso las disoluciones R4 [0,7N NaOH + Ca(OH)2 sat y exc] y R5 [0,7N KOH + Ca(OH)2 sat y exc] a 150°C. Estos métodos son más rápidos y económicos para evaluar la extracción de álcalis de los áridos.
De los resultados obtenidos del análisis factorial, aplicado para observar la correlación y discriminación de características y ensayos relacionados con la clasificación de la potencial reactividad de los áridos españoles estudiados en esta Tesis Doctoral, se corrobora que los áridos cuanto más silíceos, menor índice de reactividad IQr tienen, mayor expansión presentan en el ensayo rápido de barras de mortero según UNE 146508 y, a su vez, mayor cantidad de álcalis lixivian.
ABSTRACT
The alkali-aggregate reaction is a pathological phenomenon that takes place in concrete structures and seriously compromises their durability. This pathology is mainly influenced by the materials that are part of the composition of the manufactured concrete mixtures and the environmental conditions in which they are found.
Within the composition of the concretes designed for a given structure, the selection of an aggregate with adequate mechanical properties and low or no aggregate-alkali reactivity is of special interest. Indirectly, it is also necessary to know and analyze those materials extracted from the mining operations closest to the location of the concrete structure in order to promote local aggregates and very positively improve sustainability and care of the environment, in general, and the economic aspect of the project to be executed.
Depending on the chemical composition, aggregates can develop expansive reactions in an alkaline environment. For this type of reaction, the presence of a sufficient quantity of reactive components in the aggregates, alkali concentration in the concrete, water, and sufficient temperature with reaction kinetics must occur simultaneously. This produces expansive reaction products that induce the generation of cracks. It is very important to take into account the reaction speed of the aggregates. Sometimes slow potential reactivity aggregates are considered non-damaging whereas they can cause damage, although this factor is strongly influenced by the environmental conditions of the concrete.
The Iberian Peninsula is characterized by a great variety of materials, highlighting the huge diversity of existing mining resources.
The main objective of this Ph.D Thesis is to increase knowledge and deepen the study of the behavior of Spanish aggregates in relation to the aggregate-alkali reaction, in terms of their potential reactivity and reaction speed.
From the state of knowledge, based mainly on the analysis of the existing scientific bibliography, it can be observed that there is still research to do in order to determine a clear identification and classification of those aggregates that present slow reaction rates and that cannot be correctly classified into currently existing standard tests.
The aggregates used in the manufacture of concrete, without a previous detailed study in the design phase that takes into account the analysis of their potential reactivity over time, can cause serious long-term damage to large and special structures such as dams, energy production plants, nuclear waste deposits, bridges, tunnels, prefabricated elements used in the rail transport sector, etc. Potentially, these damages that can be generated negatively influence the stability of the structures, compromising their integrity throughout their useful life and therefore the well-being of the society that is in the area of implantation. of these structures.
For this prupose, the maingoal of this Ph.D Thesis is based on the application of various techniques and tests for the microstructural and compositional analysis of aggregates from the Iberian Peninsula with the aim of obtaining a methodology for the analysis of the potential aggregate-alkali reactivity, classifying the aggregates according to their speed of reaction, being the expansion the reference of the potential reactivity with the test of mortar bars extended in time.
During the investigation carried out and starting from the petrographic analysis according to the RILEM AAR-1.1 recommendation, it is observed that it is necessary to complete the study porformed on all the aggregates, through the use of other complementary test techniques to obtain more information and accuracy in the classification of their potential reactivity. The initial petrographic analysis is interesting to identify potentially reactive mineralogical phases, but not sufficient to accurately classify the potential reactivity of the aggregates taking into account the reaction rates.
As the thresholds defined in the standardized tests according to UNE 146508 or ASTM C1260 do not take into account the behavior developed by some aggregates considered to be slow-reacting, maintaining short-term test times, it is necessary to review these classification thresholds defined in short term in the standardized tests based on the study and taking into account the results obtained in the accelerated tests with mortar bars prolonged in time and the correlation of the results obtained in the standardized tests themselves with the different parameters that characterize the aggregates chemically and physically, thus increasing the precision in the classification of the potential reactivity of the aggregates.
From the study carried out in this Ph.D Thesis, a qualification of the characteristic reaction speed of the aggregates is proposed, defining five groups (without reactivity; slow reactivity; moderate reactivity; fast reactivity; very fast reactivity), based on the results obtained in the accelerated test of mortar bars at 14 days and 28 days (UNE 146508).
Another classification of aggregates is also proposed, combining petrographic analysis by optical microscopy with polarized light, image processing and the accelerated test of mortar bars at 14 days and 28 days (UNE 146508), which classifies aggregates as nonreactive, slow-reacting aggregates, fast-reacting aggregates and poor-effect aggregates.
A study of the extractable alkalis over time is also carried out, considering the extraction methods called α and β. In the α method, an ultrapure water solution at 20°C is used in contact with the tested aggregate. In the β method, the solutions R1 [Ca(OH)2 sat + exc], R2 [0.7N NaOH], R3 [0.7N KOH], R4 [0.7N NaOH + Ca(OH)2 sat and exc], R5 [0.7N KOH + Ca(OH)2 sat and exc] at 150°C. From the analysis carried out, the methods that present the highest ionic extraction efficiency are those that use solutions saturated in Ca(OH)2 and that simulate the liquid phase of concrete, in this case the solutions R4 [0.7N NaOH + Ca(OH )2 sat and exc] and R5 [0.7N KOH + Ca(OH)2 sat and exc] at 150°C. These methods are faster and cheaper to evaluate the extraction of alkalis from aggregates.
From the results obtained from the factorial analysis, applied to compare the characteristics and tests related to the classification of the potential reactivity of the Spanish aggregates studied in this Ph.D Thesis, it is corroborated that the more siliceous the aggregates, the lower the reactivity index. IQr has a greater expansion in the rapid test of mortar bars according to UNE 146508 and, in turn, a greater amount of leaching alkalis
Desarrollo de un sistema de detección de incidencias en carretera mediante algoritmos basados en Machine Learning
No full textResumen:
Tanto el Machine Learning como el Deep Learning, tienen cada vez mayor presencia en nuestra industria para mejorar la eficiencia en la producción, optimizar la cadena de suministro, detectar fraudes o automatizar tareas. También tienen mayor presencia en nuestra sociedad, donde se aplican en el reconocimiento de voz, el reconocimiento de imágenes o la atención médica especializada.
Por ello en este proyecto se estudian y analizan estos conceptos para aplicarlos a la detección de desperfectos en la carretera mediante un caso práctico en el que se plantea hacer un prototipo basado primero en redes neuronales convolucionales a medida usando PyTorch, donde se buscará optimizar nuestra red neuronal para buscar el mejor resultado en la clasificación de imágenes para detectar cuales tienen incidencia, y posteriormente una implementación de algoritmos más avanzados como YOLO, que además es un detector de objetos.
Para ello primero es necesario realizar un trabajo de campo donde se busca construir un conjunto de datos a partir de la captura de imágenes de carreteras locales, buscando casos de imágenes con incidencias y sin ellas. Se obtienen las imágenes desde una cámara de un móvil convencional situado sobre el soporte de una bici, con el objetivo de simular la captura desde un automóvil.
Posteriormente, con este conjunto de datos se entrenará y testeará el modelo. El sistema basado en redes neuronales se ha ido optimizando, variando características de la imagen y parámetros de la red neuronal hasta obtener el modelo con mejores resultados en el desempeño clasificando incidencias. Posteriormente con YOLO mejoramos la capacidad del sistema, permitiendo la detección y localización de las incidencias que aparecen en la imagen.
Al final se analizan los resultados y se concluye que el proyecto ha conseguido tener éxito en la detección de incidencias en un conjunto pequeño de datos de prueba y se sugiere que para mejorar este trabajo se utilice en el futuro unos conjuntos de datos más amplios y diversos.
Abstract:
Both Machine Learning and Deep Learning have a growing presence in our industry to improve production efficiency, optimize the supply chain, detect fraud or automate tasks and also a greater presence in our society. Where they apply to speech recognition, image recognition or specialized medical care.
For this reason, in this project we are going to study and analyze these concepts to apply them to the detection of damages on the road through a practical case where it is proposed to make a prototype based first on custom convolutional neural networks using pytorch, where we will seek to optimize our neural network. to search for the best result in the classification of images to detect which have an incidence and later an implementation of more advanced algorithms such as YOLO, which is also an object detector.
To do this, it is first necessary to carry out field work where the aim is to build a data set from the capture of images of local roads, looking for cases of images with and without incidents. The images are obtained from a camera of a conventional mobile placed on the support of a bike. With the objective of simulating the capture from a car.
Subsequently, with this data set, the model will be trained and tested. The system based on neural networks has been optimizing, varying image characteristics and parameters of the neural network until obtaining the model with the best performance results classifying incidents. Later with YOLO we improved the capacity of the system, allowing the detection and location of the images that appear in the image.
At the end, the results are analyzed and it is concluded that the project has succeeded in detecting incidents in a small set of test data and it is suggested that larger and more diverse data sets be used in the future to improve this work
Safety performance functions to predict separation minima infringements in en-route airspace
No full textAir traffic control (ATC) plays a crucial role in ensuring the safety of aircraft operations and maintaining efficient airspace utilization. One significant challenge faced by ATC is the prevention of Separation Minima Infringements (SMIs), which occur when the prescribed minimum separation between aircraft is compromised. SMIs pose a serious risk to aviation safety and require proactive measures for their prediction and prevention.
The development of predictive models, known as Safety Performance Functions (SPFs), has emerged as a valuable approach for understanding and anticipating safety events in various industries. By utilizing organizational, technical, human, and procedural precursors, SPFs enable the identification of factors that contribute to SMIs and their potential impact. Consequently, the creation of effective SPFs for ATC sectors can enhance the ability to characterize and predict SMIs, leading to improved safety management strategies.
This thesis aims to address the aforementioned challenge by establishing a comprehensive set of objectives. The primary objective is to create SPFs for predicting SMIs by leveraging relevant precursors specific to ATC operations. These SPFs will serve as mathematical models that elucidate the relationships between precursors and safety events, providing valuable insights into the causal factors influencing SMIs.
To achieve this objective, a baseline SPF model will be constructed, focusing on characterizing and predicting SMIs in specific ATC sectors. This will involve the development of a rigorous mathematical background, a systematic methodological approach, and a thorough model development process. The application of the SPF model to different use cases and its subsequent validation will provide valuable insights into its effectiveness and applicability.
Bayesian Networks (BN) will be employed as the chosen technique for developing the SPF model, given their proven capabilities in predictive modeling. By integrating available knowledge about SMI causality and precursors with comprehensive data analysis, a robust conceptual framework will be established. This framework will encompass the evolution of aircraft routes, the analysis of Closest Point of Approach (CPA), and the underlying processes leading to SMIs.
Furthermore, the SPF model will incorporate the assessment of various ATM barriers and event trees to capture different aspects of conflict management within ATC operations. These include the assessment of aircraft interaction, potential conflict, conflict detection, conflict resolution, STCA probability, and conflict resolution after STCA.
The adaptation of the generic BN model to specific ATC sectors will be achieved through the generation of sector-specific conditional probability tables derived from collected data. This process will involve meticulous data processing, parametric learning, sensitivity analysis, and forward analysis to determine thresholds for variables impacting safety performance in different scenarios.
Validation of the SPF model will be a critical aspect of this research. Traditional BN goodness-of-fit techniques will be utilized during the development and tuning of each subnetwork. Additionally, a specific validation approach will be employed for the entire BN hyperstructure, considering its complexity and the interdependencies among the subnetworks.
By accomplishing these objectives, this thesis strives to advance the understanding of safety management in air traffic control and contribute to the development of proactive measures for predicting and preventing Separation Minima Infringements. The results obtained from this research will provide valuable insights for enhancing the safety and efficiency of ATC operations, ultimately contributing to the continued improvement of aviation safety.
RESUMEN
El control del tráfico aéreo (ATC) juega un papel crucial en garantizar la seguridad de las operaciones de las aeronaves y mantener una utilización eficiente del espacio aéreo. Uno de los desafíos más importantes que enfrenta el ATC es la prevención de las Infracciones a las Separaciones Mínimas (SMI, por sus siglas en inglés), que ocurren cuando se compromete la separación mínima prescrita entre las aeronaves. Las SMI representan un riesgo serio para la seguridad de la aviación y requieren medidas proactivas para predecirlas y prevenirlas.
El desarrollo de modelos predictivos, conocidos como Funciones de Desempeño de Seguridad (SPFs, por sus siglas en inglés), se ha convertido en un enfoque valioso para comprender y anticipar eventos de seguridad en diversas industrias. Al utilizar precursores organizativos, técnicos, humanos y procedimentales, las SPFs permiten identificar los factores que contribuyen a las SMI y su impacto potencial. En consecuencia, la creación de SPFs efectivas para los sectores de ATC puede mejorar la capacidad de caracterizar y predecir las SMI, lo que conduce a estrategias mejoradas de gestión de la seguridad.
Esta tesis tiene como objetivo abordar el desafío mencionado anteriormente mediante el establecimiento de un conjunto integral de objetivos. El objetivo principal es crear SPFs para predecir las SMI aprovechando precursores relevantes específicos de las operaciones de ATC. Estas SPFs servirán como modelos matemáticos que explican las relaciones entre los precursores y los eventos de seguridad, brindando información valiosa sobre los factores causales que influyen en las SMI.
Para lograr este objetivo, se construirá un modelo base de SPF, centrándose en la caracterización y predicción de las SMI en sectores específicos de ATC. Esto implicará el desarrollo de un riguroso marco matemático, un enfoque metodológico sistemático y un proceso exhaustivo de desarrollo del modelo. La aplicación del modelo SPF a diferentes casos de uso y su posterior validación proporcionarán información valiosa sobre su efectividad y aplicabilidad.
El modelo SPF incorporará la evaluación de varias barreras de ATM y árboles de eventos para capturar diferentes aspectos de la gestión de conflictos dentro de las operaciones de ATC. Estos incluyen la evaluación de la interacción de las aeronaves, los posibles conflictos, la detección de conflictos, la resolución de conflictos, la probabilidad de STCA (Short Term Conflict Alert) y la resolución de conflictos después de la STCA.
La adaptación del modelo BN genérico a sectores específicos de ATC se logrará mediante la generación de tablas de probabilidades condicionales específicas del sector derivadas de datos recopilados. Este proceso implicará un meticuloso procesamiento de datos, aprendizaje paramétrico, análisis de sensibilidad y análisis hacia adelante para determinar umbrales para las variables que afectan el desempeño de seguridad en diferentes escenarios.
La validación del modelo SPF será un aspecto crítico de esta investigación. Se utilizarán técnicas tradicionales de ajuste de bondad de ajuste de BN durante el desarrollo y ajuste de cada subred. Además, se empleará un enfoque específico de validación para toda la hiperestructura de BN, considerando su complejidad y las interdependencias entre las subredes.
Al lograr estos objetivos, esta tesis se esfuerza por avanzar en la comprensión de la gestión de la seguridad en el control del tráfico aéreo y contribuir al desarrollo de medidas proactivas para predecir y prevenir las Infracciones a las Separaciones Mínimas. Los resultados obtenidos en esta investigación proporcionarán información valiosa para mejorar la seguridad y eficiencia de las operaciones de ATC, contribuyendo en última instancia a la mejora continua de la seguridad de la aviación
Development of an OpenCL BSP for applications based on JESD204B interface in MicroTCA system
No full textResumen:
En la actualidad, muchos procesos industriales y experimentos científicos requieren la adquisición y el procesamiento de cantidades muy grandes de datos procedentes de diversos tipos de sensores, y a velocidades muy elevadas. La combinación de sistemas basados en FPGA conectados a convertidores de alta velocidad a través de la interfaz serie JESD204B, plataformas industriales como los chasis MicroTCA y aplicaciones desarrolladas mediante la API de computación heterogénea OpenCL permite desarrollar sistemas complejos de adquisición y procesamiento de datos a alta velocidad, con un formato compacto y bajo consumo de energía, totalmente adaptados a las necesidades de cada aplicación.
Para poder utilizar OpenCL en una FPGA es necesario que esta esté configurada con una imagen hardware en la cual se incrusta el hardware generado para los kernels de OpenCL. Esta imagen hardware es conocida como Board Support Package (BSP). En este proyecto se parte de un sistema que consta de una tarjeta portadora (carrier board), montada en un chasis MicroTCA, que contiene una FPGA Intel Arria 10, conectada mediante un conector FMC a un módulo de adquisición de datos que contiene dos ADCs y dos DACs de alta velocidad.
El propósito principal de este proyecto es documentar el proceso de diseño, implementación y verificación de una BSP para la versión 21.4 del SDK de OpenCL de Intel FPGA. Esta BSP deberá permitir la ejecución de kernels de OpenCL e incluir interfaces JESD204B de transmisión y recepción que se conecten a los DACs y los ADCs del módulo de adquisición de datos, respectivamente. Para ello, se desarrollan los siguientes aspectos:
• Modificación de la BSP de referencia del kit de desarrollo de Intel Arria 10 GX para adaptarla a la tarjeta portadora NAMC-ARRIA10-FMC, mediante un proceso conocido como porting.
• Ampliación de la BSP para que incluya el hardware necesario para configurar el módulo de adquisición de datos mediante una interfaz SPI, y transmitir y recibir datos a alta velocidad de los convertidores mediante interfaces JESD204B.
• Desarrollo de una aplicación OpenCL que permita probar el correcto funcionamiento y medir el rendimiento del sistema, conocida como boardtest.
Abstract:
Many industrial processes and scientific experiments today require the acquisition and processing of very large amounts of data from various types of sensors, and at very high speeds. The combination of FPGA-based systems connected to high-speed converters via the JESD204B serial interface, industrial platforms such as MicroTCA chassis, and applications developed using the OpenCL heterogeneous computing API allows the development of complex high-speed data acquisition and processing systems, with a compact form factor and low power consumption, fully adapted to the needs of each application.
In order to use OpenCL on an FPGA, it is necessary for the FPGA to be configured with a hardware image that contains a basic hardware inside which the logic generated for the OpenCL kernels is embedded. This hardware image is known as Board Support Package (BSP). This project starts with a system consisting of a carrier board, mounted in a MicroTCA chassis, containing an Intel Arria 10 FPGA, connected via an FMC connector to a data acquisition module containing two ADCs and two high-speed DACs.
The main purpose of this project is to document the process of designing, implementing, and verifying a BSP to be used with the Intel FPGA OpenCL SDK version 21.4. This BSP should allow the execution of OpenCL kernels and include JESD204B transmitter and receiver interfaces that allow to manage the data acquisition module’s DACs and ADCs by the FPGA device. To this end, the following aspects are developed:
• Modification of the reference BSP of the Intel Arria 10 GX Development Kit to adapt it to the NAMC-ARRIA10-FMC carrier card, through a process known as porting.
• Expansion of the BSP to include the hardware necessary to configure the data acquisition module via an SPI interface, and to transmit and receive high-speed data from the converters via JESD204B interfaces.
• Development of an OpenCL application to test the correct operation and measure the performance of the system, known as boardtest
Caracterización de poblaciones de Fusarium asociadas al decaimiento lento del espárrago en el centro y norte de España y estrategias de control
No full textEl espárrago (Asparagus officinalis L.) es uno de los cultivos hortícolas al aire libre más importantes a nivel mundial. La producción mundial de espárrago fue de 8,451,689 toneladas, obtenidas en una superficie cosechada de 1,546,315 hectáreas. En 2020 China Continental fue el principal productor de espárrago con 7,311,235 toneladas, seguido por Perú con 370,532 toneladas y México con 300,575 toneladas. En Europa, se cultiva en más de 63.000 hectáreas, de las cuales el 60% se encuentra en dos países: Alemania y España. Alemania cuenta con 25.000 ha dedicadas al cultivo, principalmente en los estados de Baja Sajonia, Brandeburgo, Renania del Norte-Westfalia y Baviera. La cantidad de espárragos cosechados en Alemania fue de aproximadamente 120.000t. España es el segundo productor de espárrago en Europa, con una producción que, en 2021 alcanzó las 62.100 toneladas producidas en una superficie de 13.500 hectáreas.
Se trata un cultivo estratégico para diversas regiones del mundo, no solo desde una perspectiva económica, sino también social. Entre las provincias españolas con mayor superficie dedicada a la producción de espárrago destaca la Comunidad Autónoma de Andalucía con 9.254 ha, seguida de Navarra (1.889 ha) y Castilla la Mancha (911 ha).
El síndrome del decaimiento del espárrago es uno de los principales problemas fitosanitarios del cultivo a nivel mundial. Se caracteriza por la pérdida gradual de vigor que puede desembocar incluso en la muerte de las plantas afectadas. La sintomatología asociada a la enfermedad es variable y puede observarse en las diferentes fases del cultivo, desde las plántulas y garras empleadas en la plantación hasta las plantas adultas en plena producción.
En plántula, la principal sintomatología es la podredumbre radicular que, en caso severo, puede llegar a provocar la muerte de las plántulas. En garras jóvenes se observan podredumbres en el sistema radicular secundario que terminan con la desaparición por completo de la raíz. Las raíces de reserva tardan más en expresar síntomas, sobre ellas aparecen manchas de color marrón, que en sus primeros estadios no progresan en profundidad. En plantas adultas el patógeno progresa por los haces vasculares hasta llegar a la corona, donde un corte transversal de la garra permite observar una podredumbre marrón oscura. Pero es en plantaciones de mayor edad donde se observan más claramente los síntomas. Tras el periodo productivo, cuando las plantas se dejan vegetar para almacenar las necesarias reservas, las plantas afectadas comienzan a mostrar un amarilleo prematuro. Los tallos más afectados llegan a secarse por completo.
Se trata de un síndrome complejo en cuya causalidad podrían estar involucrados factores tanto abióticos (estrés hídrico o compuestos alelopáticos) como bióticos, pero en el que el complejo Fusaria juega un papel predominante. El síndrome se expresa acortando el período productivo del cultivo y limitando la replantación del esparragal sobre suelos previamente cultivados de espárrago al desembocar en el fenómeno denominado como fatiga del suelo. Un fenómeno que aparece ya en el segundo y tercer año tras la replantación, que no depende del periodo de descanso entre plantaciones, y que se caracteriza por un fuerte descenso en el vigor de las plantas unido a un menor calibre de los turiones cosechados. La disminución en el rendimiento de los esparragales es tan drástica que en muchas ocasiones hace que la explotación deje de ser rentable.
A pesar de todo el avance en la investigación, hasta la fecha no se ha conseguido determinar cuáles son los factores que afectan al desarrollo de la patología y que influyen en la replantación del espárrago.
Por ello, el primer capítulo de este documento de tesis aborda la caracterización del complejo Fusarium spp., asociado al decaimiento del espárrago, su estudio etiológico y la especificidad parasitaria. Se muestrearon 22 plantaciones de espárragos; 16 explotaciones de tres zonas productoras diferentes de la Comunidad Foral de Navarra y seis en la localidad de Aranjuez en la Comunidad de Madrid. El análisis de suelo de las diferentes localidades permitió identificar seis complejos específicos de Fusarium; entre ellas las más prevalentes fueron F. oxysporum, F. solani, F. proliferatum, F. redolens y F. equiseti. En Navarra, conocida por su larga tradición de cultivo de espárragos, predomina la especie F. oxysporum tanto en muestras de suelo como en análisis de plantas.
La evaluación de la densidad de inoculo de F. oxysporum en el suelo se correlacionó con la temperatura del mes más cálido. Mientras que los análisis microbiológicos de las garras y raíces permitieron determinar una relación entre la edad de la plantación y el grado de podredumbre de las garras, mientras que la cantidad y longitud de raíces secundarias disminuye notablemente principalmente a partir del tercer año de plantación.
Las pruebas de patogenicidad de F. oxysporum, F. proliferatum, F. solani y F. redolens, aislados de las plantas afectadas se realizaron sobre plántulas del cv. Grande en invernadero. Los resultados revelaron que F. oxysporum fue la especie más virulenta con respeto a las otras especies, presentando índices de gravedad superiores al 50% en el sistema radicular y en la parte aérea y reduciendo significativamente el peso seco de las plántulas.
Para determinar la especificidad parasitaria de los aislados de F. oxysporum se inocularon sobre diferentes especies vegetales, inoculando a su vez sus respectivas formas especiales en todas ellas. En el ensayo se emplearon aislados de F. oxysporum procedentes de diferentes zonas productoras y formas especiales de la lechuga (F. oxysporum f. sp. lactucae), melón (F. oxysporum f. sp. melonis), cebolla (F. oxysporum f. sp. cepae), y pepino (F. oxysporum f. sp. radicis-cucumerinum). Todas las formas especiales mostraron patogenicidad sobre su huésped específico. Y se corroboró la especificidad parasitaria de F. oxysporum f. sp. asparagi en las plantas de espárrago sin afectar al resto de especies inoculadas, así como su habilidad vascular, lo que permite encuadrar a los aislados de F. oxysporum como pertenecientes a la forma especial asparagi.
Dada la importancia del papel de F. oxysporum f. sp. asparagi en el síndrome, en el segundo capítulo de la tesis se abordó el estudio de la variabilidad genética de aislados procedentes de diferentes regiones geográficas de producción de espárrago, entre ellas Navarra (30 aislados), Madrid (25 aislados), Badajoz (20 aislados) y Poznan (21 aislados), y se emplearon tres regiones de genes para su estudio (TEF1A, RPB1, RPB2). El análisis filogenético multilocus arrojó un total de 2,338 nucleótidos, como enraizamiento del árbol filogenético se utilizó F. commune y se incluyeron algunos aislados de F. oxysporum obtenidos del GenBank y pertenecientes a los Clados 1-4 y la cepa F. oxysporum Fo47 como referencia. Los resultados mostraron una baja variabilidad entre las poblaciones estudiadas, a pesar de las diferencias geográficas. La mayoría de los aislados se agruparon en el clado 3, indicando una alta similitud genética. Sin embargo, algunos aislados de Madrid y Navarra se agruparon en el clado 2, lo que sugiere ciertas diferencias genéticas en casos particulares que podría relacionarse con el historial de cultivo de espárragos en esas regiones.
En los ensayos de patogenicidad los aislados de F. oxysporum f. sp. asparagi procedentes de Navarra mostraron una mayor virulencia en comparación con las otras dos regiones de España analizadas. Estos resultados sugieren una posible correlación entre el historial de cultivo y la especialización de los aislados de Foa, traducida en una mayor virulencia. Se observó cierta variabilidad genética intraespecífica que se ha correlacionado con la virulencia de los aislados en función de su origen geográfico. La relación entre estos factores es compleja y requiere una investigación adicional para comprender completamente las interacciones entre el hongo, las condiciones de cultivo y la virulencia observada en diferentes regiones geográficas.
Una vez identificada la etiología de la enfermedad y comprobada la variabilidad genética intraespecífica de F. oxysporum f. sp. asparagi, en el tercer capítulo de esta tesis se abordaron aspectos reaccionados con a epidemiologia de la enfermedad al analizar los factores que influyen en la patogenicidad en el cultivo de espárrago. Para ello se evaluó la respuesta a factores ecofisiológicos como la actividad del agua y la temperatura de aislados procedentes de zonas agroclimáticas muy diversas de norte y sur de Europa. Los resultados muestran que la tasa de crecimiento micelial del hongo es mayor a temperaturas más altas, siendo la actividad de agua un factor clave que afecta de manera significativa a su crecimiento. Al inocular en plántulas de dos variedades diferentes los diferentes aislados, todos expresaron síntomas, con índices de gravedad enfermedad significativamente superiores a las de los controles. No se detectaron diferencias significativas en la susceptibilidad entre los dos cultivares inoculados en función a su origen. Tampoco se encontro una respuesta varietal diferencial. Los resultados de este capítulo sugieren que el cambio climático podría tener un impacto en la salud de los cultivos de espárragos al influir tanto en la disponibilidad de agua en el suelo como en el incremento de la temperatura global, cuestiones ambas que podrían incidir en la gravedad de la enfermedad en zonas donde se da la enfermedad en estos momentos y ampliar la distribución geográfica de la misma.
En el último capítulo del trabajo de tesis se han abordado diferentes estrategias de control de a enfermedad, para ellos se realizaron varios ensayos con diferentes estrategias. En primer lugar, se realizó un estudio de la respuesta del material varietal de espárrago inoculando diferentes aislados de F. oxysporum f. sp. asparagi procedentes de de Navarra y Madrid. Esta prueba se realizó en un invernadero en condiciones semicontroladas de temperatura 21 ± 28 °C. A pesar de observar cierta variabilidad entre las siete variedades inoculados (Erasmus, Magnus, K2124_Lim, Early California, Grolim, Vegalin y Grande), todas las plántulas de espárrago mostraron síntomas de fusariosis y expresaron patogenicidad con diferencias altamente significativas frente a los controles sin inocular, con elevados índices de gravedad de la enfermedad (2,6 y 3,4) en una escala de 5. En el peso seco final algunas variedades mostraron diferencias significativas entre las plantas inoculadas y las no inoculadas (Erasmus, K2124-Lim y Vegalin). Pero ninguna de ellas mostró resistencia al patógeno vascular. Los resultados sugieren que la elección de la variedad cultivada no es una estrategia totalmente efectiva para el control de la fusariosis en el espárrago debido tanto a la baja resistencia varietal como al constante estrés al que se somete la planta en campo.
El uso de biopesticidas, como agentes de control biológico, se estudió en diferentes condiciones para identificar los factores que influyen en la eficacia de estos antagonistas en la lucha contra la marchitez causada por Fusarium. Este objetivo se llevó a cabo mediante ensayos in vitro e in vivo, en plántulas y garras de espárrago. Las pruebas iniciales realizadas en el laboratorio consistieron en el empleo de tres especies de Trichoderma; entre ellas T. asperellum, T. atroviride, T. saturnisporum, frente a F. oxysporum f. sp. asparagi. En la prueba in vitro se tuvo en cuenta variables como la temperatura, la actividad del agua y sus interacciones, los cultivos duales y sus respectivos controles se sometieron a cuatro temperaturas (15–20–25–30°C) y cuatro actividades de agua ( 0,99; 0,97; 0,95; 0,93). Los resultados in vitro mostraron un elevado efecto inhibidor sobre el crecimiento de Foa, mostrando las mayores tasas de inhibición en las temperaturas y actividades de agua más elevadas con algunas diferencias entre especies. De mismo modo se analizó el impacto de la cantidad de inóculo (0, 103 y 106 conidios·mL−1) en la eficacia de las tres especies de Trichoderma frente al mismo aislado de la forma vascular empleado en la prueba in vitro, en plántulas de tres semanas de edad del cv. Grande. Los resultados revelaron que los tres ACBs redujeron significativamente el índice de gravedad de la podredumbre, siendo T. asperellum a 25 °C el tratamiento que logró una mayor reducción. A temperaturas más elevadas, la reducción de la gravedad osciló entre un 26.09% y un 32.2% para las tres especies de Trichoderma antagonistas. Además, la aplicación de T. asperellum y T. atroviride resultó en un aumento en el peso en seco tanto de las plántulas como de las coronas de espárragos.
En invernadero y en semicampo, se evaluaron la efectividad de dos formulaciones comerciales registradas en la Unión Europea (Tusal® (T. asperellum y T. atroviride) y Tribon® (T. saturnisporum)), sobre el mismo aislado empleado en el ensayo anterior en una concentracion de 106 conidias mL – 1. Los resultados de invernadero no mostraron una disminución de la gravedad de la enfermedad en las plántulas de 8 semanas y tampoco se encontró diferencias significativas entre el peso seco de las plántulas. En semicampo se utilizó las mismas formulaciones comerciales en dos dosis 1 kg-L/ha y 3Kg-L/ha respectivamente, con la que las garras fueron pretratadas antes de la siembra, posteriormente los macetones fueron inoculados con el mismo aislado empleado anteriormente. Los resultados observados después de 18 mese, mostraron índices de gravedad más bajos en los tratamientos aplicados con Tusal® aunque sin diferencias significativas entre las dosis empleadas. Sin embargo, no se ha visto una reducción significativa con respecto al control sin inocular. La eficacia del tratamiento varió según la especie de Trichoderma y la virulencia del patógeno, así como las condiciones ambientales.
Por otro lado se abordó la desinfección de suelo en preplantación como una estrategia preventiva que permita disminuir la cantidad de inocuo presente en los campos cultivados y disminuir o a menos retrasar la aparición de a enfermedad en campo y del propio sindorme de decaimiento lento en parcelas replantadas. De este modo se anaizó la eficacia de la biofumigación con especies de la familia Brassicaceae (Brassica napus, Sinapis alba, Camelina sativa), frente a tratamientos control, uno con monocultivo de espárrago y un barbecho (sin cultivo) sobre suelos naturalmente infectados. Las especies biofumigantes se mantuvieron hasta la floración de 70% - 80% y fueron troceadas y pesadas para medir la cantidad de biomasa producida antes de ser incorporadas al suelo durante 40 días, previos al trasplante de espárragos en todos los tratamientos, se realizaron análisis de contenido de glucosinolatos de las tres especies, así como la microbiota fúngica del suelo después de realizar los tratamientos y previo al trasplante del cultivo y la actividades enzimáticas de suelo, Deshidrogenasa, B-Glucosidasa y B-Glucosaminidasa. como también mediciones de parámetros químicos del suelo. Los resultados demostraron que la colza y la mostaza presentaron resultados alentadores en todos los parámetros analizados, provocando reducciones notables de la población del patogeno así como de la gravedad de la fusariosis en las plántulas de espárrago de cv. Grande cutivadas a continuación. B. napus, fue la especie más efectiva en la reducción del índice de gravedad de la enfermedad incrementado además el peso en seco de las plantas.
Por último, se evaluó la eficacia de la desinfección previa al trasplante de los espárragos en campo mediante un ensayo plurianual ubicado en Aranjuez – Madrid, en una parcea con historial previo de cultivo de 7 años, mediante el empleo de la desinfección anaeróbica del suelo junto con pellet de brasicas (300-600 kg/ha) y gallinaza (2500-5000 kg/ha), frente a un fumigante químico (dazomet) 400-600 kg/ha y un control sin tratar. El trasplante se llevó a cabo 11 días después de realizar los tratamientos de biosolarización utilizando la variedad “Grande”. Todo el ensayo contaba con un sistema de riego por goteo. A lo largo del ensayo (3 años y medio), se fueron midiendo diferentes parámetros biológicos de la planta y el suelo de todos los tratamientos, así como la intercepción de la radiación PAR y la producción de biomasa, midiendo la altura y anchura de 4 plantas centrales de cada unidad experimental, asimismo se iban tomando muestras de suelo y plantas para cuantificar la microbiota fusárica. La cosecha de turiones para medir el rendimiento de la producción se realizó a partir del tercer año después del trasplante. Los tres tratamientos de biosolarización evaluados en el campo demostraron tener un efecto supresor en la enfermedad causada por Fusarium en las plantas de espárrago. Se observó un impacto inicial más notable en el tratamiento con el fumigante dazomet, especialmente durante los primeros 2 años posteriores al tratamiento. Sin embargo, con el tiempo, los efectos de este tratamiento se igualaron con los de los tratamientos de biosolarización. La biosolarización con pellets de gallina resultó ser el tratamiento más efectivo, ya que mostró la mayor acumulación de biomasa desde el inicio del cultivo. Además de reducir la incidencia de enfermedades del suelo, esta técnica contribuye a mejorar la salud y la productividad de los cultivos y reduce la dependencia de productos químicos.
Los resultados del presente trabajo revelan que el cultivo de espárrago presenta una amplia diversidad de problemas sanitarios debido al carácter plurianual del cultivo y la persistencia del hongo en el suelo a lo largo de los años que se corresponden con diferentes agentes de origen biótico como abiótico, destacando de forma especial la marchitez vascular causada por F. oxysporum f. sp. asparagi. Este patógeno presenta además una cierta variabilidad intraespecífica que requiere de más estudios para comprobar si la patogenicidad tiene relación con el origen geográfico o con el historial de cultivo, aspectos estos que han de tenerse en cuenta en el manejo de la enfermedad. Los resultados han revelado la necesidad de abordar el control de la patología mediante su manejo integrado, donde la continua sección de material vegetal, el empleo de agentes de control biológico y las técnicas de biofumigación como biosolarización pueden contribuir en la reducción inicial del inóculo del suelo y aumentar la productividad del cultivo.
ABSTRACT
Asparagus (Asparagus officinalis L.) is one of the most important openfield horticultural crops worldwide. World production of asparagus was 8,451,689 tons, obtained on a harvested area of 1,546,315 hectares. In 2020, China, was the main producer with 7,311,235 tons, followed by Peru with 370,532 tons and Mexico with 300,575 tons. In Europe, it is grown on more than 63,000 hectares, of which 60% are in two countries: Germany and Spain. Germany has 25,000 hectares dedicated to this crop, mainly in the states of Lower Saxony, Brandenburg, North Rhine-Westphalia and Bavaria. The amount of asparagus harvested in Germany was approximately 120,000t. Spain is the second largest producer of asparagus in Europe, with production that, in 2021, reached 62,100 tons produced on an area of 13,500 hectares.
It is a strategic crop for various regions of the world, not only from an economic perspective, but also from a social perspective. Among the Spanish provinces with the largest area dedicated to asparagus production, the Autonomous Community of Andalusia stands out with 9,254 ha, followed by Navarra (1,889 ha) and Castilla la Mancha (911 ha).
Asparagus decline syndrome is one of the main phytosanitary problems of the crop worldwide. It is characterized by the gradual loss of vigor that can even lead to the death of the affected plants. The symptoms associated with the disease are variable and can be observed in the different phases of the crop, from the seedlings and claws used in the plantation to the adult plants in full production.
In seedlings, the main symptomatology is root rot which, in severe cases, can cause the death of the seedlings. In young claws, rot is observed in the secondary root system that ends with the complete disappearance of the root. The reserve roots take longer to express symptoms, brown spots appear on them, which in their first stages do not progress in depth. In adult plants, the pathogen progresses through the vascular bundles until it reaches the crown, where a cross section of the claw reveals a dark brown rot. But it is in older plantations where the symptoms are more clearly observed. After the productive period, when the plants are left to vegetate to store the necessary reserves, the affected plants begin to show premature yellowing. The most affected stems become completely dry.
It is a complex syndrome in whose causality both abiotic (water stress or allelopathic compounds) and biotic factors could be involved, but in which the Fusaria complex plays a predominant role. The syndrome is expressed by shortening the productive period of the crop and limiting the replanting of asparagus on soils previously cultivated with asparagus, leading to the phenomenon known as soil fatigue. A phenomenon that appears already in the second and third year after replanting, which does not depend on the rest period between plantings, and which is characterized by a strong decrease in the vigor of the plants together with a smaller caliber of the harvested spears. The decrease in the yield of the asparagus is so drastic that on many occasions it makes the exploitation stop being profitable.
Despite all the progress in research, to date it has not be