Hazardous materials transportation in urban areas

Grandes cantidades de materiales peligrosos (MP) son generados como materias primas o como subproducto de la actividad industrial. En la gran mayoría de las zonas urbanas que contienen industrias, estos materiales deben ser transportados transformándose en una fuente de peligro para la población frente a posibles eventos de liberación del material. Se reconoce la existencia de múltiples agentes implicados en la toma de decisiones, quienes se caracterizan por presentar un rango de prioridades y puntos de vista divergentes: los transportistas tratan de minimizar sus costos de transporte; las agencias gubernamentales intentan minimizar el riesgo impuesto a la población distribuyendo en forma equitativa este riesgo sin amenazar la viabilidad económica de la actividad; finalmente el público intentará evitar cualquier actividad peligrosa en su entorno cercano, guiado principalmente por su propia percepción respecto de las actividades que involucran MP. En zonas urbanas este problema se acrecienta producto de la alta población potencialmente expuesta a los peligros de esta actividad, principalmente de aquellos grupos poblacionales que presentan dificultades para ser evacuados. En vista de esto, es razonable prestar especial atención a esta población en situación de riesgo al momento de diseñar las rutas para el transporte de MP.El principal objetivo de esta tesis es desarrollar una metodología que permita resolver el problema de transporte de MP en zonas urbanas de tal forma de proteger a la población más vulnerable. Para ello, se presentan dos nuevos enfoques de enrutamiento, en los cuales la distancia es un proxy del peligro al cual están expuestos los centros, de modo que a menor distancia, mayor peligro, y se propone nuevos objetivos que consideran el peligro y el tiempo de exposición. El primer enfoque se centra en el problema de ruteo de MP desde un origen a un destino, ambos al interior de una zona urbana, minimizando el peligro sobre el centro vulnerable más expuesto. Se propone el maximin hazmat routing problem (MmHRP) que, como proxy del peligro, maximiza la distancia entre la ruta y su centro vulnerable más cercano, ponderado por la población del centro. El MmHRP es formulado sobre una red de transporte como un problema de programación entera y, adicionalmente, se presenta un procedimiento de resolución óptima en tiempo polinomial.El segundo enfoque aborda el problema de transporte de MP entre múltiples pares origen-destino. En primer lugar, se presenta el maxisum hazmat routing problem (MsHRP) el cual maximiza la suma de las distancias ponderadas desde todos los centros vulnerables a su punto más cercano en las rutas utilizadas. En segundo lugar, se presenta el maximin-maxisum hazmat routing problema (MmMsHRP), el cual combina los criterios maximin y maxisum. Mediante el criterio maximin se buscan soluciones eficientes en términos de proteger al centro vulnerable más afectado, pero el efecto sobre el resto de la población no se considera y en las soluciones, se genera un gran número de centros expuestos. Mediante el criterio maxisum se obtienen soluciones que minimizan la exposición promedio de los centros vulnerables, pero sin considerar la magnitud del peligro impuesto sobre cada centro individual. La consideración de ambos objetivos permite soluciones en las cuales ambos criterios son razonablemente tomados en cuenta. Se formula un modelo exacto para cada problema, y se propone un procedimiento heurístico que permite resolver de manera eficiente ambos problemas para instancias de gran tamaño. Finalmente, en vez de usar la distancia como proxy, se propone un estimador de peligro general para cualquier centro poblado y se incorpora el tiempo de exposición de la población como otro proxy de peligro. El nivel de peligro al que está expuesto un centro es una función de la distancia entre el centro poblado y cada punto de los arcos al interior de su área de peligro. Se formula y resuelve un problema de diseño de rutas que integra estos nuevos objetivos. Todos los modelos fueron probados en un caso real para el transporte de HAZMAT sobre la red de transporte de la ciudad de Santiago de Chile.