Uso de machine learning para predição da resistência a compressão do concreto

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Loureiro, Arthur Afonso Bitencourt
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Mato Grosso
Brasil
Instituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET) – Araguaia
UFMT CUA - Araguaia
Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://ri.ufmt.br/handle/1/6528
Resumo: Due to its properties such as compression strength, durability, and versatility, concrete has become widely used in the construction industry. Recently, machine learning techniques have stood out in predicting concrete compression strength, offering advantages such as considering multiple variables and identifying complex patterns in data. This work aims to analyze machine learning techniques as a model for analyzing predictive variables and their influence on concrete compression strength. Using a dataset with 1234 compression strength values, 8 and 6 predictive variables were analyzed, selected based on their relevance in SelectKBest. Linear correlation studies were conducted using simple linear regression and non-linear correlation studies using Support Vector Regression, Gradient Boosting, and Artificial Neural Networks. The results obtained were as follows: Support Vector Regression with a coefficient of determination of 0.85 and mean squared error of 30.9051 MPa; Gradient Boosting with a coefficient of determination of 0.90 and mean squared error of 25.5979 MPa; Artificial Neural Networks with a coefficient of determination of 0.87 and mean squared error of 5.781 MPa. The comparison between machine learning methods such as Support Vector Regression, Gradient Boosting, and ANN revealed distinctions between the models. Gradient Boosting achieved a higher coefficient of determination, demonstrating its ability to explain variability in the data. On the other hand, Artificial Neural Networks presented the lowest mean squared error, indicating accuracy in predictions. The choice between these approaches implies considerations regarding the balance between explainability and accuracy, in which Artificial Neural Networks achieved the most satisfactory performance among the models analyzed.
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Linear correlation studies were conducted using simple linear regression and non-linear correlation studies using Support Vector Regression, Gradient Boosting, and Artificial Neural Networks. The results obtained were as follows: Support Vector Regression with a coefficient of determination of 0.85 and mean squared error of 30.9051 MPa; Gradient Boosting with a coefficient of determination of 0.90 and mean squared error of 25.5979 MPa; Artificial Neural Networks with a coefficient of determination of 0.87 and mean squared error of 5.781 MPa. The comparison between machine learning methods such as Support Vector Regression, Gradient Boosting, and ANN revealed distinctions between the models. Gradient Boosting achieved a higher coefficient of determination, demonstrating its ability to explain variability in the data. On the other hand, Artificial Neural Networks presented the lowest mean squared error, indicating accuracy in predictions. The choice between these approaches implies considerations regarding the balance between explainability and accuracy, in which Artificial Neural Networks achieved the most satisfactory performance among the models analyzed.Devido às do concreto como resistência a compressão, durabilidade e versatilidade, ele se tornou amplamente utilizado na indústria da construção civil. Recentemente, técnicas de machine learning têm se destacado na predição da resistência à compressão do concreto, oferecendo vantagens como a consideração de várias variáveis e a identificação de padrões complexos nos dados. Este trabalho visa analisar técnicas de machine learning como modelo de análise de variáveis preditivas e sua influência na resistência à compressão do concreto. Utilizando um conjunto de dados com 1234 valores de resistência à compressão, foram analisadas 8 e 6 variáveis preditivas, selecionadas com base em sua relevância no SelectKBest. Foram conduzidos estudos de correlação linear por meio de regressão linear simples e estudos de correlação não linear utilizando Support Vector Regression, Gradient Boosting e Redes Neurais Artificiais. Os resultados obtidos foram os seguintes: Support Vector Regression com coeficiente de determinação de 0,85 e erro médio quadrático de 30,9051 MPa; Gradient Boosting com coeficiente de determinação 0,90 e erro médio quadrático de 25,5979 MPa; Redes Neurais Artificiais com coeficiente de determinação 0,87 e erro médio quadrático de 5,781 MPa. A comparação entre métodos de machine learning, como Support Vector Regression, Gradient Boosting e RNA, revelou distinções entre os modelos. O Gradient Boosting obteve um coeficiente de determinação superior, evidenciando sua capacidade de explicar a variabilidade nos dados. Por outro lado, a Rede Neural Artificial apresentou o menor erro médio quadrático, indicando precisão nas previsões. A escolha entre essas abordagens implica considerações sobre o equilíbrio entre explicabilidade e precisão no qual a Rede Neural Artificial atingiu o desempenho mais satisfatório entre os modelos analisados.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET) – AraguaiaUFMT CUA - AraguaiaPrograma de Pós-Graduação em Ciência de MateriaisStefani, Ricardohttp://lattes.cnpq.br/8302159085079133Stefani, Ricardo255.064.688-65http://lattes.cnpq.br/8302159085079133Silva, Rogério Barbosa da982.652.961-34http://lattes.cnpq.br/8780778144866671255.064.688-65Pereira, Monikuelly Mourato035.669.503-43http://lattes.cnpq.br/8780778144866671Borges, Jonatas Emmanuel014.651.646-00http://lattes.cnpq.br/0633116654737772Loureiro, Arthur Afonso Bitencourt2025-02-17T18:20:27Z2024-04-102025-02-17T18:20:27Z2024-04-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisLOUREIRO, Arthur Afonso Bitencourt. Uso de machine learning para predição da resistência a compressão do concreto. 2024. 82 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Barra do Garças, 2024.http://ri.ufmt.br/handle/1/6528porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMTinstname:Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)instacron:UFMT2025-02-19T07:01:36Zoai:localhost:1/6528Repositório InstitucionalPUBhttp://ri.ufmt.br/oai/requestjordanbiblio@gmail.comopendoar:2025-02-19T07:01:36Repositório Institucional da UFMT - Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)false
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