Μελέτη Της Πολυστρωματικής Δομής Του Εδάφους

Abstract

Κύριο αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η μελέτη της συμβολής της δομής του εδάφους στη τιμή της αντίστασης γείωσης. Το είδος, το εμβαδόν της επιφάνειας και το βάθος τοποθέτησης του ηλεκτροδίου γείωσης εξαρτάται από την ειδική αντίσταση του εδάφους και την επιδιωκόμενη αντίσταση γείωσης. Η τιμή της ειδικής αντίστασης εξαρτάται από την πυκνότητα, την υγρασία, τη σύσταση και το είδος του εδάφους. Επομένως, είναι απαραίτητο, προτού προχωρήσουμε στο σχεδιασμό ενός συστήματος γείωσης, να μετρήσουμε την ειδική αντίσταση του εδάφους, και να το μοντελοποιήσουμε υπολογίζοντας παράλληλα τις παραμέτρους του. Έτσι με σωστή αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, που θα προκύψουν, οδηγούμαστε στη βέλτιστη, κατασκευαστικά και οικονομικά, λύση, όπως για παράδειγμα το ιδανικό βάθος τοποθέτησης των μεταλλικών κατασκευών του συστήματος.Όλα αυτά οδήγησαν στην ανάπτυξη τεχνικών, στις οποίες έγιναν διάφορες παραδοχές, προκειμένου να προσεγγισθούν, όσο το δυνατόν καλύτερα, οι πραγματικές καταστάσεις. Η πιο απλή προσέγγιση είναι να θεωρήσουμε το έδαφος ομογενές, με μία ενιαία τιμή ειδικής αντίστασης. Αντιθέτως, η πιο πολύπλοκη είναι να θεωρήσουμε τη δομή του εδάφους ως πολυστρωματική. Η μοντελοποίηση γίνεται χωρίζοντας το σε πολλά οριζόντια στρώματα όπου το κάθε στρώμα έχει την ίδια τιμή ομογενούς ειδικής αντίστασης.Οι μετρήσεις της ειδικής αντίστασης του εδάφους, οι οποίες είναι διαθέσιμες στη διεθνή βιβλιογραφία, προσομοιώνονται συνήθως με το διστρωματικό μοντέλο προσέγγισης του εδάφους. Σειρές μετρήσεων πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο του Wenner προκειμένου να γίνει σύγκριση των αποτελεσμάτων με αυτά άλλων ερευνητών που χρησιμοποίησαν την ίδια μέθοδο. Τα πειραματικά αποτελέσματα προσεγγίζουν άριστα τα θεωρητικά αποτελέσματα, που ελήφθησαν με χρήση του διστρωματικού μοντέλου. Για τον υπολογισμό των παραμέτρων του διστρωματικού εδάφους έχουν αναπτυχθεί και δημοσιευθεί στη διεθνή βιβλιογραφία οκτώ αλγοριθμικές τεχνικές, οι οποίες βασίζονται σε πέντε διαφορετικές μαθηματικές μεθόδους. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας παρουσιάζουμε μία ένατη τεχνική, η οποία αναπτύχθηκε στο εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Ε.Μ.Π. και στηρίζεται στους γενετικούς αλγόριθμους.Οι γενετικοί αλγόριθμοι διαφέρουν αρκετά σε σχέση με τις υπόλοιπες υπολογιστικές μεθόδους. Κωδικοποιούν το φυσικό σύνολο των παραμέτρων του προβλήματος υπό τη μορφή συμβολοσειράς, όπως στη βιολογία γίνεται αναπαράσταση των μεταβλητών με τη μορφή γονιδίων σε ένα χρωμόσωμα. Η χρησιμοποίηση γενετικών αλγόριθμων αποτελεί συμφέρουσα λύση, καθώς είναι υπολογιστικά απλοί και ισχυροί στην αναζήτηση της βέλτιστης λύσης (αναζήτηση ελαχίστου ή μεγίστου). Επιπλέον, δεν περιορίζονται ουσιαστικά από υποθέσεις για το χώρο αναζήτησης (υποθέσεις σχετικά με τη συνέχεια, την ύπαρξη παραγώγων και την ύπαρξη ενός μόνο μεγίστου). Ακόμα δεν παγιδεύονται όταν βρεθούν ανάμεσα σε τοπικά ακρότατα όπως άλλες επαναληπτικές μέθοδοι.Η κριτική θεώρηση των αποτελεσμάτων της προτεινόμενης μεθοδολογίας έδειξε ότι, σε όλες τις περιπτώσεις, οι λύσεις που προκύπτουν με τη χρήση του γενετικού αλγόριθμου είναι ακριβέστερες από τις αντίστοιχες που προκύπτουν μια από οποιαδήποτε άλλη από τις υπόλοιπες διαθέσιμες οκτώ τεχνικές.Στο τέλος παρατίθενται καμπύλες της ετήσιας μεταβολής της ειδικής αντίστασης του εδάφους, συναρτήσει α) του χρόνου, β) της θερμοκρασίας και γ) της υγρασίας, οι οποίες κάνουν εμφανή την εξάρτηση της από τις εκάστοτε κλιματολογικές συνθήκες.