Estratificação de solos em camadas horizontais utilizando evolução diferencial

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Tese (Doutorado)

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.