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Type: Dissertação
Title: Uma abordagem baseada em dados para a predição da resistência ao cisalhamento de vigas de concreto armado reforçadas com EB-FRP
Authors: Freire, Francisco Lucas de Oliveira
Advisor: Lima, Jerfson Moura
Co-advisor: Oliveira, Jonathas Iohanathan Felipe de
Keywords in Brazilian Portuguese : aprendizado de máquina;concreto armado;polímero reforçado com fibra;reforço ao cisalhamento
Keywords in English : machine learning;strength prescription;fiber-reinforced polyme;FRPstrengthened beams
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Issue Date: 2026
Citation: FREIRE, Francisco Lucas de Oliveira. Uma abordagem baseada em dados para a predição da resistência ao cisalhamento de vigas de concreto armado reforçadas com EB-FRP. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Ceará, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Russas, 2026.
Abstract in Brazilian Portuguese: O uso de polímero reforçado com fibra (FRP, do inglês fiber reinforced polymer) tem se consolidado como uma solução promissora no reforço de estruturas de concreto, devido a propriedades notáveis como durabilidade, leveza, resistência à corrosão e rapidez de instalação. Entretanto, a aplicação desse material enfrenta desafios por ser um método relativamente recente, sobretudo no que tange ao reforço ao cisalhamento, à otimização de projetos e ao desenvolvimento de modelos precisos para a predição da resistência. Nesse cenário, publicações recentes sobre o uso de aprendizado de máquina têm demonstrado potencial para superar esses entraves, embora ainda existam limitações como a escassez de dados de referência e a necessidade de modelos robustos que capturem a complexidade do comportamento real das estruturas. Diante do exposto, este estudo teve como objetivo propor modelos de prescrição de resistência ao cisalhamento de vigas de concreto armado reforçadas com FRP colado externamente utilizando modelos de regressão linear e redes neurais artificiais. Como etapas fundamentais da pesquisa, construiu-se um amplo banco de dados a partir de trabalhos experimentais, abrangendo diferentes cenários de reforço. Por meio de estudo estatístico, realizou-se a redução da dimensionalidade do problema, identificando os parâmetros físicos mais significativos e desenvolvendo modelos matemáticos de regressão linear múltipla para a predição da resistência ao cisalhamento. Ademais, empregando técnicas de aprendizado de máquina, desenvolveu-se uma Rede Neural Artificial (RNA) e a otimização dos hiperparâmetros do modelo base. O melhor modelo linear apresentou um erro absoluto médio até 66,97% menor que as normativas internacionais (R² = 0,74). Na etapa de otimização dos hiperparâmetros e aplicação de técnicas de regularização no modelo base de RNA, obtiveramse modelos preditivos com desempenho significativamente superior às normativas existentes, com um coeficiente de determinação na ordem de 0,90. A aplicação da regularização LASSO resultou em um modelo com máxima capacidade de generalização e consistência física, alcançando um R² de 0,92 em testes cegos. No geral, os modelos desenvolvidos apresentaram um bom desempenho na predição da resistência ao cisalhamento, com potencial de aplicação em trabalhos práticos e futuras investigações.
Abstract: The use of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) has become established as a promising solution for strengthening concrete structures due to its remarkable properties, such as durability, lightweight, corrosion resistance, and speed of installation. However, the application of this material faces challenges as it is a relatively recent method, particularly regarding shear strengthening, design optimization, and the development of accurate models for strength prediction. In this context, recent publications on the use of machine learning have demonstrated the potential to overcome these hurdles, although limitations such as the scarcity of reference data and the need for robust models that capture the complexity of real structural behavior still exist. Given this background, this study aimed to propose strength prediction models for externally bonded FRP-strengthened reinforced concrete beams using linear regression models and artificial neural networks (ANN). As fundamental stages of the research, a comprehensive database was constructed from experimental studies, covering various strengthening scenarios. Through statistical analysis, dimensionality reduction was performed, identifying the most significant physical parameters and developing multiple linear regression mathematical models for shear strength prediction. Furthermore, employing machine learning techniques, an ANN was developed along with the optimization of the base model's hyperparameters. The best-performing linear model presented a mean absolute error up to 66.97% lower than international codes, with a coefficient of determination (R²) of 0.74. In the hyperparameter optimization and regularization stage of the base ANN model, predictive models were obtained with performance significantly superior to existing standards, reaching an R² in the order of 0.90. The application of LASSO regularization resulted in a model with maximum generalization capacity and physical consistency, achieving an R² of 0.92 during blind testing.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85129
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6204-6632
Author's Lattes: https://lattes.cnpq.br/8020024715252011
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:PPGEC - Campus de Russas - Dissertações defendidas na UFC

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