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Título: Desenvolvimento de banco de dados para aplicação de algoritmos de machine learning na classificação de solos tropicais
Título(s) alternativo(s): Geotechnical database development for machine learning-based classification of tropical soils
Autor(es): Souza, Alana Paula de
Orientador(es): Oliveira, Alana Dias de
Palavras-chave: Solos - Classificação
Redes neurais (Computação)
Aprendizado do computador
Soils - Classification
Neural networks (Computer science)
Machine learning
Data do documento: 18-Jun-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Toledo
Citação: SOUZA, Alana Paula de. Desenvolvimento de banco de dados para aplicação de algoritmos de machine learning na classificação de solos tropicais. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2025.
Resumo: Classificar corretamente os solos utilizados em obras de engenharia é essencial para contribuir com a segurança e desempenho estrutural. No entanto, os métodos tradicionais de classificação exigem ensaios laboratoriais detalhados, que podem ser demorados e custosos. Assim sendo, este estudo proprõe uma abordagem alternativa, com o objetivo de estruturar uma base de dados para aplicação futura de algoritmos de machine learning na identificação e classificação de solos tropicais de forma mais rápida e acessível. Os solos que alimentarão o algoritmo foram selecionados com base no Miniatura Compactada Tropical (MCT), que mais se aplica à realidade de solos brasileiros, distinguindo solos lateríticos e não lateríticos. Para a base de dados, foram utilizadas imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) coletadas de trabalhos acadêmicos nas áreas de Geotecnia e Engenharia Civil, incluindo TCCs, dissertações e teses. Os dados foram tratados, com limpeza, normalização e correção de valores ausentes. Embora o modelo ainda não tenha sido completamente implementado, foi possível estruturar o processo de organização da base de dados e realizar experimentações preliminares com a arquitetura da rede neural convolucional (CNN). A acurácia inicial alcançada não foi satisfatória, o que pode ser atribuído à abordagem em série do modelo, que não considerou o nível de zoom das imagens MEV na classificação, além da falta de refinamento nos dados utilizados. Como proposta de melhoria, recomenda-se para estudos futuros o desenvolvimento de um modelo com entrada paralela, que receba tanto a imagem MEV quanto o nível de zoom correspondente. Além disso, técnicas como Data Augmentation podem ser empregadas para aprimorar o tratamento dos dados, aumentando a diversidade de exemplos e potencializando o desempenho do algoritmo.
Abstract: Correctly classifying soils used in engineering works is essential to contribute to structural safety and performance. However, traditional classification methods require detailed laboratory tests, which can be time-consuming and costly. Therefore, this study proposes an alternative approach, with the objective of structuring a database for future application of machine learning algorithms in the identification and classification of tropical soils in a faster and more accessible way. The soils that will feed the algorithm were selected based on the Tropical Compacted Miniature (TCM), which best applies to the reality of Brazilian soils, distinguishing lateritic and non-lateritic soils. For the database, Scanning Electron Microscopy (SEM) images collected from academic works in the areas of Geotechnics and Civil Engineering 4 including TCCs, dissertations and theses 4 were used. The data were treated with cleaning, normalization and correction of missing values. Although the model has not yet been fully implemented, it was possible to structure the database organization process and perform preliminary experiments with the convolutional neural network (CNN) architecture. The initial accuracy achieved was not satisfactory, which can be attributed to the model's serial approach, which did not consider the zoom level of the SEM images in the classification, in addition to the lack of refinement in the data used. As a proposal for improvement, it is recommended for future studies to develop a model with parallel input, which receives both the SEM image and the corresponding zoom level. In addition, techniques such as Data Augmentation can be used to improve data processing, increasing the diversity of examples and enhancing the algorithm's performance.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40398
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