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Tipo: Dissertação
Título: Uso de aprendizado de máquina interpretável para avaliação da deformação permanente em misturas asfálticas
Autor(es): Mariano, Antonio Lucas Gabriel
Orientador: Soares, Jorge Barbosa
Palavras-chave em português: Aprendizado de computador;Deformação permanente;Redes neurais (Computação);XGBoost;Shapley additive explanations (SHAP);Asfalto - Deformação
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES
Data do documento: 2023
Citação: MARIANO, Antônio Lucas Gabriel. Uso de aprendizado de máquina interpretável para avaliação da deformação permanente em misturas asfálticas. 2023. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Transporte) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Resumo: A deformação permanente (DP) é um dos principais defeitos observados na estrutura de pavimentos asfálticos. O novo método de dimensionamento de pavimentos nacional, o MeDiNa, trata a deformação permanente da camada asfáltica por meio do flow number (FN), cujos valores são indicados para classificar as misturas em conformidade com as condições de solicitação de tráfego. Esse método trata a deformação permanente como um defeito a ser mitigado ainda na etapa de dosagem. Portanto, a existência de um modelo de previsão para o FN poderia ser de grande utilidade no sentido de nortear a metodologia de dosagem. O uso do aprendizado de máquina tem sido empregado em diversas áreas, incluindo a infraestrutura viária e se apresenta como uma alternativa para realizar previsões acerca do comportamento das misturas asfálticas em relação à deformação permanente. No entanto, os algoritmos de aprendizado de máquina são vistos como “caixa-preta”, devido a dificuldade em entender como eles realizam suas previsões. Em diversas aplicações, compreender a previsão do modelo pode ser tão relevante quanto à precisão dessa previsão. O presente trabalho propõe o desenvolvimento de uma modelagem para classificação de misturas asfálticas em relação à deformação permanente de acordo com o tipo de tráfego, utilizando a ferramenta de aprendizado de máquina explicável, SHAPley Additive exPlanations (SHAP). Foram utilizadas as redes neurais artificiais (RNA) e também o eXtreme Gradient Boosting (XGBoost). O banco dados construído possui informações de 251 misturas asfálticas. Foram propostas 3 configurações em relação as variáveis de entrada (C1, C2 e C3). O modelo apresentou um acurácia de 84% medida com o uso da validação cruzada na configuração C3. A análise com os valores SHAP mostrou como as variáveis consideradas influenciam o comportamento da mistura em relação à deformação permanente e, por conseguinte, da categoria de tráfego correspondente, possibilitando um melhor entendimento e consideração desse importante fenômeno.
Abstract: Permanent deformation or rutting is one of the main distresses observed in asphalt pavements. The new Brazilian pavement design method, called MeDiNa, considers permanent deformation of the surface course through the flow number (FN), indicated to classify asphalt mixtures in accordance with the solicited traffic. This method treats permanent deformation as a defect to be mitigated during the mixture design stage. Therefore, the existence of a prediction model for FN could be of great use in guiding the design methodology. Several works have used machine learning (ML) in different areas, including road infrastructure, and the technique presents itself as an alternative to make predictions about the behavior of asphalt mixtures in relation to permanent deformation. Many machine learning systems are essentially considered “black boxes”, because of the difficulty in understanding how the code works. In several applications, understanding the model’s prediction can be as relevant as the accuracy of that prediction. The work presented herein proposed the development of a modeling for classification of asphalt mixtures in relation to permanent deformation according to the corresponding traffic, using the explainable machine learning tool, SHAPley Additive exPlanations (SHAP). Artificial neural networks (ANN) and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) were used. The constructed database has information from 251 asphalt mixtures. Three configurations were proposed in relation to input variables (C1, C2 and C3). The model using XGBoost presented an accuracy of 84% for the predictions of the traffic class corresponding to the mixture using cross validation in configuration C3. Moreover, an analysis with the SHAP values has shown how the variables considered in the research affect the mixture behavior with respect to permanent deformation and consequently to the traffic to which the mixture is fit, therefore increasing the understanding and the way to treat this relevant distress for the asphalt pavement industry.
Descrição: 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.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75193
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/7747806006091904
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9212256013670303
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DET - Dissertações defendidas na UFC

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