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Se abordó la optimización económica y ambiental del sistema de producción de bioetanol a partir de maíz considerando diferentes zonas geográficas de Argentina. Se procuró identificar opciones sustentables para la integración de biocombustibles al sector del transporte vehicular. Se evaluaron tres tecnologías de producción: a) sistema convencional, utilizando electricidad y gas natural, b) sistema de cogeneración alimentado con gas natural, y c) sistema de cogeneración alimentado con rastrojo de maíz. El estudio abarcó la producción de materias primas hasta la valorización del co-producto y uso del bioetanol en mezclas etanol/nafta. Mediante la integración de Análisis de Ciclo de Vida y técnicas de Programación Matemática, formulando problemas de optimización del tipo MILP, se obtuvieron diseños óptimos para las funciones objetivo consideradas. Se resolvieron problemas de optimización de objetivo simple (ambiental y económico separadamente) y problemas multiobjetivo a través de curvas de Pareto. Se analizó la sensibilidad de las soluciones a ciertos parámetros críticos, particularmente precios y costos. Se evaluaron diferentes escenarios de inversión, demanda y disponibilidad de insumos. El modelo matemático permitió obtener la radicación y dimensionamiento óptimos de nuevas plantas productoras, centros de almacenamiento y puntos de venta y el número óptimo de unidades de transporte que minimizan el valor actual neto o el impacto ambiental para la estructura actual de vías de comunicación del país. Se incorporaron disyunciones lógicas para estimar la rentabilidad de plantas productoras de etanol en función de la escala de producción; más específicamente, de costos de inversión de los módulos de la planta (molienda, fermentación, destilación y tratamiento).

Esta investigación propone introducir de manera experimental la pedagogía de la investigación y del cuestionamiento del mundo (PICM) en la escuela secundaria, mediante el desarrollo de Recorridos de Estudio e Investigación (REI). Proponemos implantar un REI co-disciplinar en matemática y física en la escuela secundaria. Se presenta el diseño, implementación y análisis del REI cuya pregunta generatriz es Q0: ¿Por qué se cayó la Piedra Movediza de Tandil? El REI fue implementado en cinco cursos regulares de Matemática de distintas instituciones del partido de Tandil, con N=116 estudiantes de entre 16 y 18 años. Se utiliza como referencial teórico la Teoría Antropológica de lo Didáctico (TAD) (Chevallard, 1999, 2007, 2009, 2011, 2012, 2013, 2016), y específicamente los constructos teóricos: REI, Modelo Praxeológico de Referencia (MPR), Esquema Herbartiano y Dialécticas del estudio. El estudio y la investigación en torno a Q0 generó el MPR, desarrollado por el equipo de Investigación, y utilizado para analizar las posibles respuestas y el alcance del REI en la escuela secundaria. Se consideran dos dimensiones de análisis. La dimensión 1 corresponde al análisis y descripción de los procesos de estudio llevados a cabo a partir de las cinco implementaciones. El análisis del medio didáctico en cada caso, se realiza a partir del Esquema Herbartiano y se describen todos sus componentes: sistema didáctico, preguntas, respuestas, obras asociadas y la respuesta colectiva desarrollada como resultado del estudio. En la dimensión 2 se analiza el funcionamiento de las dialécticas para determinar si efectivamente se pudo desarrollar o no un REI y cómo se hizo. Se realiza una categorización inductiva a partir de los protocolos escritos de los estudiantes, con el objetivo de identificar indicadores de las dialécticas y el funcionamiento de las mismas en las implementaciones. Posteriormente, se utilizan técnicas cuantitativas y siguiendo los criterios del análisis exploratorio de datos (Lebart, Morineau, 1994) se realiza un análisis estadístico univariado, bivariado y multivariado, y una clasificación. Los resultados obtenidos permiten identificar un conjunto de condiciones y restricciones que se presentan para llevar a cabo una enseñanza por REI en la escuela secundaria, y para poner en funcionamiento las dialécticas del estudio y la investigación. Finalmente, es posible concluir que, con ciertas limitaciones y bajo ciertas condiciones relativas a quien dirige el estudio y al contexto, es viable llevar a cabo una enseñanza de este tipo e incorporar algunos gestos propios de la PICM en las aulas.

Esta tesis tiene por objetivo diseñar, implementar y analizar un recorrido de estudio e investigación (REI) para el último año de la Escuela Secundaria cuyas cuestiones generatrices provengan del área de la Economía y analizar las restricciones y su impacto describiendo el proceso de estudio a partir del funcionamiento de cada una de las dialécticas. El REI parte de la cuestión relativa a ¿Cómo hallar el punto de equilibrio en un modelo de mercado? y ¿Cómo y cuánto varía el punto de equilibrio si se varían los parámetros del modelo? La investigación se llevó a cabo en el último año del nivel secundario (estudiantes de 17-18 años) desde el primer día del ciclo lectivo. Esta tesis describe además el modelo praxeológico de referencia (MPR) en el cuál se presentan los posibles recorridos que permitirían transitar por diversos tipos de problemas y cuestiones relacionados con el área de la economía, específicamente, al punto de equilibrio entre la oferta y la demanda de un mercado. Utilizamos como referente teórico la teoría antropológica de lo didáctico de Yves Chevallard (1999, 2004, 2005, 2006, 2007, 2009, 2011, 2012, 2013). Los resultados permiten concluir que a pesar de las diferentes restricciones institucionales, es posible desarrollar una enseñanza por REI en el nivel secundario. Además, hemos identificado que el funcionamiento de una dialéctica llama al funcionamiento de otras, incidiendo algunas en una función didáctica más que otras.

La investigación que se presenta en esta tesis tiene como objetivo introducir una enseñanza de la Matemática basada en Recorridos de Estudio e Investigación (REI) en el nivel universitario con el propósito de incorporar gestos propios de la Pedagogía de la investigación y del cuestionamiento del mundo. Se presenta el diseño, implementación, descripción, análisis y evaluación de un REI que se origina a partir de la pregunta generatriz Q0, co-disciplinar a la matemática y a la economía: ¿cómo calcular los costos de un micro-emprendimiento? Esta investigación adopta como marco teórico a la Teoría Antropológica de lo Didáctico (TAD) y especialmente se basa en las nociones de REI, Modelo Praxeológico de Referencia (MPR), Esquema Herbartiano y dialécticas. El dispositivo didáctico REI fue implementado en dos cursos habituales de matemática de nivel universitario, específicamente en la Universidad Nacional del Sur, en la ciudad de Bahía Blanca, con N=73 estudiantes de entre 18 y 20 años. El profesor investigador desarrolló un MPR que permitió analizar las posibles respuestas de Q0 y los posibles recorridos que se generan a partir de su estudio. En primer lugar, se construyó un MPR para analizar las posibles respuestas a Q0 y las posibles organizaciones a estudiar. El análisis de los datos obtenidos en las dos implementaciones se realiza en dos etapas, una cualitativa, en la cual la unidad de análisis es la clase, y otra cuantitativa, cuya unidad de análisis corresponde a episodios. En la primera se describen los procesos de estudio utilizando los componentes del Esquema Herbartiano, lo que permite analizar los recorridos llevados a cabo y se los compara con el MPR diseñado a priori. Se realiza una categorización inductiva que permite obtener indicadores de las dialécticas (Parra y Otero, 2017), los que sirven de herramienta para analizar el funcionamiento de las dialécticas en los REI desarrollados. Por último, en la segunda etapa de análisis, la categorización se transforma en un conjunto de variables nominales y modalidades y se realiza un análisis estadístico utilizando técnicas de análisis univariado, bivariado y multivariado y una clasificación, que permite detectar grupos de episodios en las dos implementaciones en los cuales se produce el funcionamiento de las dialécticas. Se concluye que existe un conjunto de condiciones y restricciones al momento de introducir una enseñanza por REI en la universidad y ciertas dificultades en el funcionamiento de las dialécticas. Entre las condiciones, se identifica contar con un equipo docente familiarizado con la TAD o al menos dispuesto a asistir al profesor responsable, entre otras. Entre las restricciones, la dificultad de los estudiantes para adaptarse al nuevo dispositivo didáctico y así producir el funcionamiento de gestos propios de la pedagogía de la investigación y del cuestionamiento del mundo.

La granulometría es la característica física más estable del suelo, su conocimiento es fundamental, ya que está relacionada con la fertilidad, el manejo y la clasificación taxonómica. Por otro lado, la granulometría es el principal ingrediente de las ecuaciones de transferencia edafológica. Puede cuantificarse de manera completa mediante el análisis de la distribución de tamaño de partículas (DTP), o en forma resumida a partir de la determinación de textura, donde solamente se estiman los valores totales de las fracciones arena, limo y arcilla. Actualmente, para los relevamientos cartográficos se incorporan valores intermedios, dentro de la fracción limo (limos 2 – 20 µm) y arenas muy finas (50 – 75 µm). El modelo fractal ha sido empleado como marco teórico para describir la DTP de los suelos. Un objeto fractal está compuesto de una cantidad de estructuras similares superpuestas, visibles a cualquier nivel de detalle. Esta propiedad se conoce como autosimilitud. El material en un objeto fractal se distribuye en forma heterogénea, pero no al azar, de forma que un patrón de generación se ve idéntico al menos en el sentido estadístico e independientemente de la amplificación con que se esté observando. En un fractal matemático los detalles se ven idénticos en cualquier nivel de amplificación, mientras que en un fractal natural es esperable que el nivel de repetición de la propiedad particular sea limitado a varios órdenes de magnitud. Se plantearon como hipótesis: La distribución de partículas y microagregados de suelos de clima templado de la pradera pampeana responden a una distribución fractal. Se puede obtener información sobre el estado de la microestructuración de un suelo a través del estudio de la distribución de partículas, microagregados y el análisis fractal de fragmentación. Los objetivos fueron investigar el comportamiento fractal de la distribución de tamaños de partículas (DTP) y de la distribución de tamaño de microagregados (DTM) del suelo y asociar la distribución de tamaño de partículas con el material original y los procesos de transporte y sedimentación. Se estudió la DTP y la DTM en muestras de suelos de la provincia de Buenos Aires en un transecto de 500 km, desde el Partido de Magdalena hasta Trenque Lauquen. Con la ubicación de los sitios de muestreos y determinaciones de laboratorio, las muestras se asociaron con series descriptas en cartas de suelos. Con el criterio estadístico de grupos de K media se formaron tres grupos de análisis. El Grupo 1, compuesto por suelos franco y franco arenosos, el Grupo 2 por areno franco y el Grupo 3 por franco limosos y franco arcillo-limosos. Se realizaron determinaciones de la DTP sin materia orgánica por el método de la pipeta tradicional y determinaciones de la DTM sobre muestras sin dispersar con materia orgánica. De la curva de DTM se obtuvo la textura aparente formada por los porcentajes correspondientes a los microagregados tamaño arena, limo y arcilla. Los resultados de las DTP fueron contundentes: Los suelos del G1 presentaron un comportamiento fractal intermedio, puesto que fue necesario recurrir a dos modelos fractales para explicar la DTP hasta el 95% de la masa total. El G2 reunió a los suelos no fractales y el G3 a los suelos con DTP fractal donde un solo modelo describe hasta el 98% de la masa. La masa acumulada de las arenas con diámetro superior a 150 µm mostró un comportamiento no fractal en todos los casos. Las dimensiones fractales de fragmentación (D) de los Grupos 1 y 3 no se diferenciaron estadísticamente mientras que el factor de proporcionalidad, el parámetro C, si mostró diferencias entre los Grupos. Como resultado, no citado hasta el momento, el valor de C fue considerado esencial para definir el modelo fractal de los suelos de cada Grupo. La D brinda información sobre el escalamiento, pero esta información es incompleta para definir un suelo y es imprescindible contar con el valor de C. Otro aporte, fue el desarrollo de un modelo para estimar los parámetros fractales D y C a partir de solo dos datos, el porcentaje de arena y arcilla. Los parámetros así estimados no se diferenciaron de los obtenidos por la vía experimental. La microestructuración de las partículas por acción de la materia orgánica resultó de tipo fractal. Las diferencias entre las áreas de las curvas de DTM y la DTP fueron significativas. Se propuso un índice de microestructuración integrando los modelos fractales de partículas y microagregados. El efecto de la materia orgánica sobre la fracción mineral en los tres Grupos fue similar, incrementó el porcentaje de la fracción de arenas aparentes respecto de la real, mientras que los porcentajes de limos y arcillas aparentes fueron menores que los reales. Estos resultados fueron confirmados con las fotografías tomadas a través de un microscopio óptico. La relación entre las fracciones aparentes y la materia orgánica fue diferente en cada Grupo analizado. Los Grupos 1 y 2 no mostraron relación entre ambas variables. El Grupo 3 en cambio, mostró relaciones significativas con la materia orgánica. En los suelos del G3, el estado de microestructuración dependió de los contenidos de materia orgánica del suelo. Se desarrolló un modelo teórico, donde es posible explicar la DTP de los suelos a partir de un Material Generador de naturaleza fractal, el transporte eólico y la sedimentación diferencial del material original. Con este modelo se puede explicar que a partir de un Material Generador de naturaleza fractal es esperable encontrar suelos fractales (como los del G3) formados con el material original más fino; suelos de naturaleza fractal intermedia, donde la pérdida de partículas finas hace necesario aplicar dos modelos para describirlos, y suelos de naturaleza no fractal (G2) los que se transformaron en suelos residualmente más gruesos. Los resultados experimentales obtenidos son consistentes con el modelo propuesto. Al tener igual “D” se asume que pertenecen al mismo Material Generador, y las diferencias se observan solamente en el parámetro C con valores medios de 19,2 en el G3 y 10,2 en el G1. Se concluye que el proceso de microestructuración entre partículas minerales y materia orgánica, modificó la textura aparente favoreciendo el funcionamiento del sistema suelo, y que la DTP de los suelos de la región Pampeana deriva de un Material Generador fractal. Situaciones locales de materiales originales con DTP fractales, DTP de fractalidad intermedia o no fractales, son consecuencia del proceso eólico de transporte y depósito sobre este Material Generador.