Publicação: Estratificação de solos em camadas horizontais utilizando evolução diferencial
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
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Resumo
O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de uma metodologia para representar
um solo desconhecido através de um modelo de solo estratificado em camadas horizontais,
a partir do qual o engenheiro pode realizar projetos de aterramentos elétricos com
elevada precisão. A metodologia utiliza a curva de resistividade aparente experimental,
obtida através de medições realizadas no solo, com o auxílio de um terrômetro de quatro
terminais, e cálculos envolvendo a resistência medida. Esta curva então é comparada com
a curva de resistividade aparente teórica, obtida através de cálculos realizados sobre um
modelo desse solo estratificado horizontalmente, cujos parâmetros são conjeturados.
Os parâmetros deste solo, como o número de camadas, junto com a resistividade e a
espessura de cada camada, são otimizados através do método de Evolução Diferencial, com
performance aprimorada através da computação paralela, de modo que ambas as curvas
de resistividade aparente fiquem suficientente próximas, e passe a ser possível representar
o solo desconhecido através do modelo de solo disposto em camadas horizontais dotado
de parâmetros otimizados.
De modo a auxiliar o método de Evolução Diferencial, no caso de haver estagnação
durante uma quantidade arbitrária de gerações, é proposta uma metodologia de desestagna
ção do processo de otimização, para expandir o espaço de busca e testar novas combina
ções, permitindo que o algoritmo encontre uma solução melhor e/ou saia de mínimos
locais.
Foi ainda proposta uma nova metodologia para suavizar picos de erro entre as curvas de
resistividade aparente, dando oportunidades para soluções mais uniformes se destacarem,
de modo a aumentar a precisão do algoritmo como um todo, minimizando o erro máximo. Também são propostas metodologias para verificação da aproximação polinomial da
função característica do solo e do cálculo da curva de resistividade aparente teórica, incluindo
na avaliação pontos intermédios entre os utilizados pelo polinômio.
Finalmente, é apresentado um procedimento de análise estatística, de modo a possibilitar
a classificação de amostras de solo. Nele, a metologia de estratificação de solos é
aplicada em um grupo de controle, composto por solos estratificados em camadas horizontais.
Utilizando inferência estatística, poder-se-á calcular a quantidade de solos em
uma amostra que, com uma margem de erro, não segue o modelo de solo em camadas
horizontais.
Abstract
This work's objective is the development of a methodology to represent an unknown
soil through a stratified horizontal multilayer soil model, from which the engineer may
carry out eletrical grounding projects with high precision. The methodology uses the
experimental electrical apparent resistivity curve, obtained through measurements on the
ground, using a 4-wire earth ground resistance tester kit, along with calculations involving
the measured resistance. This curve is then compared with the theoretical electrical
apparent resistivity curve, obtained through calculations over a horizontally strati ed
soil, whose parameters are conjectured.
This soil model parameters, such as the number of layers, in addition to the resistivity
and the thickness of each layer, are optimized by Differential Evolution method, with
enhanced performance through parallel computing, in order to both apparent resistivity
curves get close enough, and it is possible to represent the unknown soil through the
multilayer horizontal soil model fitted with optimized parameters.
In order to assist the Differential Evolution method, in case of a stagnation during an
arbitrary amount of generations, an optimization process unstuck methodology is proposed,
to expand the search space and test new combinations, allowing the algorithm to nd
a better solution and/or leave the local minima.
It is further proposed an error improvement methodology, in order to smooth the error
peaks between the apparent resistivity curves, by giving opportunities for other more
uniform solutions to excel, in order to improve the whole algorithm precision, minimizing
the maximum error.
Methodologies to verify the polynomial approximation of the soil characteristic function and the theoretical apparent resistivity calculations are also proposed by including middle
points among the approximated ones in the verification.
Finally, a statistical evaluation prodecure is presented, in order to enable the classication of soil samples. The soil stratification methodology is used in a control group,
formed by horizontally stratified soils. By using statistical inference, one may calculate
the amount of soils that, within an error margin, does not follow the horizontal multilayer
model.
Palavras-chave
Engenharia elétrica, Aterramentos elétricos, Inteligência artificial, Estatística matemática, Aterramentos elétricos, Resistividade aparente, Estratificação de solo, Evolução diferencial (DE), Inferência estatística, Grounding, Apparent resistivity, Soil stratification modelling, Differential evolution (DE), Statistical inference
Citação
PEREIRA, Will Roger. Estratificação de solos em camadas horizontais utilizando evolução
diferencial. 2016. 173. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.63