Desenvolvimento de um modelo neuronal com funções de base radial para previsão dos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo
| Ano de defesa: | 2024 |
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Resumo: | The prediction of soil shear strength is essential for the development of geotechnical designs, often based on limit equilibrium theories or stress-strain analyses using the Mohr-Coulomb elastoplastic model. However, determining the strength parameters through direct laboratory or field tests can be impractical in many situations, leading to the adoption of correlations based on field tests such as the cone penetration test and the standard penetration test. The effective friction angle is commonly predicted using the blow count value from the standard penetration test as an input variable. However, some studies indicate the limitation of this isolated approach, suggesting corrections based on field stress (Kulhawy and Mayne, 1990; Hatanaka and Uchida, 1996). On the other hand, the prediction of undrained cohesion is often carried out through the penetration resistance obtained from the cone penetration test, showing significant results (Rémai, 2013; Zein, 2017; Otoko et al., 2019). Nevertheless, these correlations have limitations, as they were not calibrated for the simultaneous determination of cohesion and friction angle in soils that exhibit both resistance contributions, nor for the estimation of effective cohesion. Given the generalization ability of artificial neural networks in addressing complex problems, several studies have proposed the estimation of cohesion and friction angle from variables collected in the laboratory (Das and Basudhar, 2008; Göktepe, 2008; Shooshpasha, Amiri & MolaAbasi, 2014; Braga, 2014). This study proposes the application of artificial neural networks, specifically those with radial basis functions, to simultaneously predict effective cohesion and friction angle from parameters obtained in the standard penetration test. This aims to aid the development of designs in situations where the collection of undisturbed samples is unfeasible. To achieve this, a database with 156 samples was created and used for training and testing. The results show that the simultaneous prediction of effective cohesion and friction angle demonstrated a better generalization ability compared to other artificial neural network models, also outperforming predictions obtained through simple and multiple regressions. Additionally, the proposed models showed significant improvements in the results, reducing mean errors and enhancing estimates compared to conventional techniques. These contributions underscore the research's potential by offering an innovative approach that expands geotechnical analysis possibilities and provides greater reliability for engineering project development. |
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Fernandes Filho, Francisco de Assis LinharesBarreto, Guilherme de AlencarDantas Neto, Silvrano Adonias2025-01-16T19:14:11Z2025-01-16T19:14:11Z2024FERNANDES FILHO, Francisco de Assis Linhares. Desenvolvimento de um modelo neuronal com funções de base radial para previsão dos parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo. 2024. 238 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil-Geotecnia) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/79398The prediction of soil shear strength is essential for the development of geotechnical designs, often based on limit equilibrium theories or stress-strain analyses using the Mohr-Coulomb elastoplastic model. However, determining the strength parameters through direct laboratory or field tests can be impractical in many situations, leading to the adoption of correlations based on field tests such as the cone penetration test and the standard penetration test. 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Given the generalization ability of artificial neural networks in addressing complex problems, several studies have proposed the estimation of cohesion and friction angle from variables collected in the laboratory (Das and Basudhar, 2008; Göktepe, 2008; Shooshpasha, Amiri & MolaAbasi, 2014; Braga, 2014). This study proposes the application of artificial neural networks, specifically those with radial basis functions, to simultaneously predict effective cohesion and friction angle from parameters obtained in the standard penetration test. This aims to aid the development of designs in situations where the collection of undisturbed samples is unfeasible. To achieve this, a database with 156 samples was created and used for training and testing. The results show that the simultaneous prediction of effective cohesion and friction angle demonstrated a better generalization ability compared to other artificial neural network models, also outperforming predictions obtained through simple and multiple regressions. Additionally, the proposed models showed significant improvements in the results, reducing mean errors and enhancing estimates compared to conventional techniques. These contributions underscore the research's potential by offering an innovative approach that expands geotechnical analysis possibilities and provides greater reliability for engineering project development.A previsão da resistência ao cisalhamento do solo é fundamental para a elaboração de projetos geotécnicos, frequentemente fundamentados em teorias de equilíbrio limite ou em análises de tensão-deformação utilizando o modelo elastoplástico de Mohr-Coulomb. No entanto, a determinação dos parâmetros de resistência por meio de ensaios diretos de laboratório ou de campo pode ser impraticável em várias situações, levando à adoção de correlações baseadas em ensaios de campo como o ensaio de penetração do cone e de simples reconhecimento. O ângulo de atrito efetivo é comumente previsto utilizando o valor do número de golpes do ensaio de simples reconhecimento como variável de entrada. Entretanto, alguns estudos indicam a limitação dessa abordagem isolada, sugerindo correções baseadas na tensão confinante (Kulhawy e Mayne, 1990; Hatanaka e Uchida, 1996). Por outro lado, a previsão da coesão não- drenada é frequentemente realizada através da resistência à penetração obtida pelo ensaio de penetração do cone, mostrando resultados significativos (Rémai, 2013; Zein, 2017; Otoko et al., 2019). Contudo, essas correlações possuem limitações, pois não foram calibradas para a obtenção simultânea de coesão e ângulo de atrito em solos que apresentam ambas as contribuições de resistência, nem para a estimativa da coesão efetiva. Diante da capacidade de generalização das redes neurais artificiais em lidar com problemas complexos, vários estudos propuseram a estimativa de coesão e ângulo de atrito a partir de variáveis coletadas em laboratório (Das e Basudhar, 2008; Göktepe, 2008; Shooshpasha, Amiri & MolaAbasi, 2014; Braga, 2014). O presente estudo propõe a aplicação de redes neurais artificiais, especificamente com funções de base radial, para prever simultaneamente coesão e ângulo de atrito efetivo a partir de parâmetros obtidos no ensaio de simples reconhecimento, visando auxiliar o desenvolvimento de projetos em situações onde a coleta de amostras indeformadas é inviável. Para isso, foi formado um banco de dados com 156 amostras, que foi utilizado para o treinamento e teste. Os resultados mostram que a previsão simultânea da coesão e ângulo de atrito efetivo apresentou uma melhor capacidade de generalização entre outros modelos de redes neurais artificiais, superando também as previsões obtidas por meio de regressões simples e múltiplas. Além disso, os modelos propostos demonstraram melhora significativa nos resultados, reduzindo os erros médios e melhorando as estimativas em comparação às técnicas convencionais. Essas contribuições reforçam o potencial da pesquisa ao oferecer uma abordagem inovadora, que amplia as possibilidades de análise geotécnica e proporciona maior confiabilidade para o desenvolvimento de projetos de engenharia.Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Desenvolvimento de um modelo neuronal com funções de base radial para previsão dos parâmetros de resistência ao cisalhamento do soloDevelopment of a neural model with radial basis functions for predicting soil shear strength parametersinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisFunções de base radialResistência ao cisalhamentoRedes neuraisRadial basis functionsShear strengthNeural networks (Computer science)CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::GEOTECNICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/0235333924628000https://orcid.org/0000-0002-7002-1216http://lattes.cnpq.br/89020024614221122024-11-22ORIGINAL2024_dis_falfernandesfilho.pdf2024_dis_falfernandesfilho.pdfapplication/pdf32114968http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79398/3/2024_dis_falfernandesfilho.pdf8bbc56746212e9f9742eb7f0df4cac9eMD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/79398/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/793982025-01-16 16:14:16.2oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-01-16T19:14:16Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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