Navegando por Autor "Galvão, Alexandre da Silva"

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Análise de estruturas reticuladas em aço em temperaturas elevadas.
(2018) Dias, Thalita Cardoso; Silva, Andréa Regina Dias da; Souza, Henor Artur de; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Andréa Regina Dias da
O projeto de estruturas mais esbeltas de peso reduzido associado ao projeto de proteção contra incêndio é usualmente dispensado, pois torna o seu custo final mais oneroso. Os desastres causados por incêndios são de grandes proporções, sendo importante o conhecimento do comportamento da estrutura em situações de incêndio para prevenir a precoce falha estrutural. Durante o aquecimento ocorre alterações nas propriedades do material, em especial a brusca degradação das propriedades mecânicas. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo numérico para as análises linear, não linear geométrica e avançada estática de estruturas em aço reticuladas sob altas temperaturas baseada no Método dos Elementos Finitos. O efeito da temperatura foi incluído como fonte de não linearidade pelos deslocamentos que surgem devido aos esforços provenientes da elevação da temperatura, e também pela diminuição das suas propriedades mecânicas. O comportamento do material foi adotado como elástico perfeitamente plástico. A simulação do escoamento do material foi feita pelo Método da Rótula Plástica Refinado. A solução do problema estático não linear foi feita por meio de uma análise incremental-iterativa de Newton-Raphson modificado. As propriedades mecânicas foram adotadas segundo a norma europeia EN 1994-1-2. As análises de validação do modelo proposto foram feitas no programa computacional CS-ASA, que já realiza análise avançada em condições de temperatura ambiente. Foram realizadas análise para validação do modelo proposto.
Análise dinâmica avançada de estruturas de aço com ligações semirrígidas e interação com o solo.
(2018) Batelo, Everton André Pimentel; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Guimarães, Gustavo Paulinelli; Ferreira, Walnório Graça; Galvão, Alexandre da Silva
Esta tese apresenta os fundamentos numéricos para a previsão do comportamento de estruturas planas de aço com ligações semirrígidas e interação com o solo quando estas são submetidas a ações dinâmicas extremas, como: impacto, abalos sísmicos e ações de ventos. Nessas condições, as estruturas de aço podem apresentar deformações permanentes, danos localizados que podem levar ao colapso parcial ou total. Dessa forma, projetar sistemas estruturais considerando o comportamento elástico do material, nessas situações extremas, tende a ser antieconômico. É aceitável, portanto, que haja certo dano nas estruturas nessas situações de carregamento extremo, desde que esse não coloque em risco a segurança da edificação. Assim, esta tese tem como objetivo avaliar o comportamento não linear de estruturas de aço sob ação dinâmica, procurando explorar a capacidade de amortecimento histerético introduzido pelas ligações semirrígidas e pelo processo de deformação plástica de seus membros (vigas e colunas formados por perfis I ou H compactos), com a consequente redistribuição de esforços internos e formação de rótulas plásticas. As análises transientes não lineares são realizadas através do programa computacional CS-ASA (Silva, 2009), que é baseado no método de elementos finitos (MEF). Esse programa é ampliado através do presente estudo, onde os efeitos não lineares geométricos, das ligações semirrígidas e do material aço são considerados juntamente com a interação solo-estrutura (ISE). Elementos finitos planos não lineares de barra, baseados na hipótese de Euler Bernoulli, são usados na modelagem das estruturas de aço e elementos de fundação são usados para aproximar o meio geológico (solo ou rocha), que é modelado de forma discreta ou contínua (hipóteses de Winkler). Assume-se aqui que esses elementos de fundação reagem às solicitações de tração e compressão, caracterizando o problema ISE com restrições bilaterais de contato. As respostas transientes não lineares dos problemas analisados são obtidas através um processo incremental-interativo, usando os métodos Newmark e Newton-Raphson. Por fim, vale destacar que as respostas alcançadas através da metodologia de solução numérica proposta apresentaram boa concordância com as extraídas da literatura e através do software SAP 2000.
Análise dinâmica de sistemas estruturais reticulados com restrições de contato.
(2016) Rosas, Letícia Reis Batista; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Kátia Inácio da
Com o avanço da construção civil, tem-se projetado elementos estruturais cada vez mais esbeltos, o que os torna mais susceptíveis a problemas excessivos de vibrações. Em muitas situações, esses elementos estão apoiados em outros corpos, tais como o solo, que podem oferecer restrições de movimentos em algumas direções. Nesse contexto, a análise estática e dinâmica desses elementos considerando a interação com esse outro meio torna-se importante na concepção de um projeto estrutural. Este trabalho tem como objetivo realizar análise dinâmica de sistemas estruturais considerando sua interação com o solo. As análises são realizadas utilizando o sistema computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis), desenvolvido por Silva (2009). O solo é representado através do modelo de molas discretas e dos modelos contínuos de Winkler e Pasternak. São considerados os efeitos oriundos da não linearidade geométrica da estrutura e, em algumas análises, considera-se também o comportamento não linear do solo. A estratégia de modelagem utilizada baseia-se na aplicação do Método dos Elementos Finitos, e o problema de autovalor para determinação das frequências naturais é resolvido pelo método de Jacobi. O problema transiente não linear é resolvido através do método de integração de Newmark, em combinação com a estratégia incremental e iterativa de Newton-Raphson. Situações práticas envolvendo a interação entre o solo e a estrutura são avaliadas no decorrer do estudo, procurando evidenciar a influência do contato na trajetória de equilíbrio, na distribuição dos esforços, nas frequências naturais de vibração e na resposta transiente dessas estruturas.
Análise e projeto de estruturas de concreto armado com seções genéricas sujeitas à torção.
(2019) Souza, Laís Ferreira das Graças; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Galvão, Alexandre da Silva
O presente trabalho tem como objetivo principal a realização da análise e projeto de estruturas de concreto armado submetidas à torção. Como exemplo, podem ser citadas as grelhas, as vigasbalcão, as vigas de marquises e os elementos que compõem os tabuleiros de pontes (longarinas e transversinas). Dessa forma, implementou-se um código computacional destinado à análise linear elástica de grelhas com seções transversais regulares e não regulares (genéricas). Assim sendo, para a obtenção das áreas e momentos de inércia, as seções foram discretizadas ao longo do domínio com o auxílio de elementos finitos bidimensionais, a saber: o CST (Constant Strain Triangle) ou triangular com três nós. Para a determinação dos perímetros das seções, utilizouse o Polinômio de Interpolação de Lagrange, uma vez que as funções que representam esses contornos são desconhecidas e estas informações foram inseridas na expressão correspondente ao Método de Gauss-Legendre (Quadratura de Gauss). Em seguida, para a definição da posição da linha neutra das seções regulares e genéricas, empregou-se o Método da Iteração Linear. Após verificar a eficiência do programa computacional desenvolvido em linguagem FORTRAN 90, realizou-se o projeto completo da viga principal de seção genérica de uma grelha hiperestática sujeita à torção de equilíbrio. Por fim, ressalta-se que a mesma foi dimensionada ao momento de torção, momento fletor e esforço cortante.
Dimensionamento à punção de lajes lisas apoiadas em pilares de seção transversal elíptica e semi-elíptica.
(2018) Faria, Jhonatan Willian Souza; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Martins, Jaime Florêncio; Galvão, Alexandre da Silva
O presente trabalho tem como principal objetivo realizar de forma automática o dimensionamento à punção de duas lajes lisas de concreto armado, sendo a primeira apoiada em um pilar com seção transversal elíptica e a segunda laje apoiada em um pilar com seção transversal semi-elíptica. Inicialmente compararam-se as respostas dos parâmetros relevantes para a realização do projeto das lajes com os resultados obtidos a partir do software AutoCAD. Lembrando que nesta pesquisa os resultados foram determinados através de alguns métodos numéricos e com o auxílio de soluções analíticas. Posteriormente, construiu-se a curva de interação de um pilar de concreto armado de seção transversal semi-elíptica. Para a obtenção da curva utilizou-se a Regra dos Trapézios e as equações de compatibilidade de deformações e de equilíbrio correspondentes a cada domínio de deformação tomando por base a ABNT NBR 6118 (2014). Vale ressaltar que no presente trabalho propõem-se duas equações: uma para calcular o centroide de cada região comprimida e outra para calcular a área de cada parcela comprimida da seção semi-elíptica. Após as intervenções no código computacional, realizou-se o dimensionamento das lajes lisas à punção seguindo as prescrições normativas da ABNT NBR 6118 (2014) e para isso utilizou-se a linguagem computacional FORTRAN 90.
Estudo computacional via ansys de vigas, arcos e anéis com restrições de contato impostas por bases elásticas.
(2016) Abreu, João Felipe Araújo Carneiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Andréa Regina Dias da
Problemas onde elementos estruturais estão apoiados ou servem com suporte do solo ou rocha podem ser facilmente encontrados em diversas situações práticas na engenharia, tais como: trilhos de estradas de ferro suportados por dormentes, estacas verticais submetidas a cargas horizontais em seu topo, tubulações enterradas, tubulações em contato com o fundo do mar, pavimentos, vigas baldrames, cascas de proteção em ambientes agressivos (usinas nucleares), e sapatas corridas e isoladas. Essas situações evidenciam o caráter de alguns problemas, que não são apenas estruturais, mas também geotécnicos. Neste contexto, esta dissertação tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de solução numérica, através do emprego da plataforma computacional ANSYS, para análise dos problemas estruturaisgeotécnicos com restrições de contato impostas por bases elásticas, que representam aqui o solo ou a rocha. O trabalho tem como principais características: i. a utilização do método dos elementos finitos (MEF) na discretização do problema de contato em questão; o emprego do modelo contínuo de Winkler na representação do solo e a sua substituição por um modelo discreto formado por molas; e a possibilidade de análise dos Problemas de Contato Bilateral (PCB) e Unilateral (PCU), onde nessa última abordagem a separação entre os corpos (estruturabase elástica) pode acontecer, isso caracteriza o problema a ser resolvido como não linear, pois não se conhece as regiões de contato após a aplicação do carregamento. É elaborado um roteiro passo-a-passo que permite a utilização do ANSYS para a solução dos PCB e PCU. Exemplos numéricos são apresentados e analisados, onde atenção especial foi dada às vigas, arcos e anéis com restrições de contato impostas por bases elásticas, com o intuito de averiguar a eficiência da metodologia de solução proposta. Análises paramétricas foram realizadas no sentido de averiguar a influência da malha de elementos finitos na estratégia numérica proposta; adicionalmente, verificou-se a influência do parâmetro de rigidez da base elástica no comportamento do sistema de suporte e regiões de contato e perda de contato entre os corpos. Destaca-se o emprego de soluções numéricas e analíticas da literatura consagradas na validação dos resultados encontrados nesta dissertação. Por fim, são apresentadas as conclusões e observações referentes às análises realizadas, com a inclusão de sugestões de novas pesquisas visando a continuação deste trabalho.
Formulações corrotacionais 2D para análise geometricamente não linear de estruturas reticuladas.
(2016) Silva, Jéssica Lorrany e; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Galvão, Alexandre da Silva
Com o propósito de tornar os sistemas estruturais mais econômicos tem-se um aumento da utilização de estruturas cada vez mais esbeltas em várias áreas da engenharia. Para a concepção de estruturas mais esbeltas, a realização de análises não lineares geométricas, em que os efeitos de segunda ordem são explicitamente incluídos, torna-se cada vez mais comum. Nesse âmbito, com esta dissertação tem-se a finalidade principal o desenvolvimento de formulações para estruturas reticuladas 2D, que consideram o comportamento não linear geométrico, dentro do contexto do Método dos Elementos Finitos. As implementações foram realizadas no programa computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis), com o qual é possível a realização de análises avançadas de estruturas considerando vários efeitos não lineares. As formulações de elementos finitos geometricamente não lineares implementadas aqui estão adaptadas à metodologia de solução que usa o método de Newton-Raphson acoplado às estratégias de incremento de carga e de iteração. Essas estratégias permitem a ultrapassagem de pontos críticos (bifurcação e limite) ao longo da trajetória de equilíbrio. Vale enfatizar a adoção nessas formulações não lineares de elementos finitos do referencial corrotacional, que permite a separação explícita entre os movimentos de corpo rígido e os deformacionais. Nesse tipo de abordagem, somente os deslocamentos que causam deformações estão presentes e, dessa forma, os deslocamentos e rotações medidos nesse sistema local corrotacional podem ser considerados pequenos e permitem a consideração de medidas de deformação lineares sem perda de precisão. Essas formulações utilizam a teoria de viga de Euler-Bernoulli e também a teoria de Timoshenko. Os resultados obtidos no presente trabalho foram avaliados através do estudo de problemas estruturais clássicos de estabilidade fortemente não lineares encontrados na literatura.
Formulações não-lineares de elementos finitos para análise de sistemas estruturais metálicos reticulados planos.
(2000) Galvão, Alexandre da Silva; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Este trabalho tem como principais objetivos o estudo e a implementação computacional de formulações geometricamente não-lineares para elementos finitos reticulados planos encontradas na literatura recente. Essas formulações, além de permitir a determinação da matriz de rigidez e do vetor de forças internas de forma direta, podem ser acopladas com relativa facilidade a várias estratégias de solução não-linear. Procurando fornecer diferentes opções de modelagem de problemas de instabilidade usando esses elementos finitos reticulados planos, foram implementadas as seguintes formulações geometricamente não-lineares: (i) formulações definidas por Alves (1993b) e Torkamani et al. (1997), implementadas aqui com procedimentos distintos de se avaliar o vetor de forças internas: forma total e forma incremental; (ii) formulações propostas por Yang e Kuo (1994), que se basearam em modelos linearizado, linearizado-simplificado e com termos de ordem elevada; foram ainda introduzidas por esses autores duas abordagens diferentes, implementadas neste trabalho, de obtenção do vetor de forças internas: deslocamentos naturais incrementais e rigidez externa; e (iii) formulações em referencial Lagrangiano total, propostas por Pacoste e Eriksson (1997), baseadas em diferentes relações cinemáticas e definições de deformações; cinco formulações foram sugeridas por esses pesquisadores, onde todas foram testadas no presente trabalho. Essas formulações foram adaptadas à metodologia de solução não-linear que usa o método de Newton-Raphson (Silveira, 1995), acoplado às diferentes estratégias de incremento de carga e de iteração que permitem a ultrapassagem de pontos críticos (bifurcação e limite) que possam existir ao longo da trajetória de equilíbrio. A avaliação da eficiência computacional dessas formulações é feita no final do trabalho através da análise de problemas estruturais fortemente não-lineares encontrados na literatura.
Implementação de um código computacional destinado à solução de sistemas de equações lineares e não lineares via métodos iterativos : aplicações em treliças metálicas.
(2019) Reis, Reinaldo Antonio dos; Rocha, Paulo Anderson Santana; Martins, Jaime Florêncio; Rocha, Paulo Anderson Santana; Galvão, Alexandre da Silva
O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para análise estática linear e não linear física de treliças metálicas via métodos iterativos. No contexto da Engenharia Estrutural, a solução dos sistemas lineares e não lineares definem a resposta da estrutura frente à um determinado carregamento. Para encontrar a solução de tais sistemas são utilizadas técnicas diretas e iterativas. Estruturas com comportamento elástico linear sempre geram equações lineares, nestes casos, utilizou-se o método direto de eliminação de Gauss e o método iterativo de Gauss-Seidel. As estruturas que têm comportamento plástico do material desde o início do carregamento foram analisadas via Teorema de Castigliano e aquelas que possuem comportamento plástico somente ápos o elemento atingir a tensão de escoamento foram modeladas usando um parâmetro para módulo de endurecimento. Nestes problemas, o método Newton-Raphson e o método de Potra-Pták foram implementados para solucionar tais sistemas de equações não lineares que surgem durante o processo de modelagem. Os exemplos apresentados são comparados com resultados da literatura e/ou resultados de softwares, demonstrando a consistência e precisão do programa desenvolvido. O método de Gauss-Seidel teve convergência alcançada para sistemas simples. A medida que se aumentava os graus de liberdade e sua complexidade os sistemas perdiam sua característica de diagonal dominante e não alcançaram a convergência. Nas análises não lineares o método iterativo de Potra-Pták mostrou-se bastante eficiente em termos do reduzido número de iterações necessárias para a convergência em comparação com o método de Newton-Raphson padrão e modificado
Implementação numérica do modelo de bielas e tirantes via MEF : aplicação em blocos de fundação, consolos curtos, vigas-parede e sapatas rígidas.
(2018) Lima, Miguel Angelo Araújo; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Paula, Geraldo Donizetti de; Galvão, Alexandre da Silva
Esse trabalho tem como objetivo realizar análises numéricas elástico-lineares. Para tal, foi desenvolvido um programa computacional destinado à implementação numérica do Modelo de Bielas e Tirantes, utilizando-se uma formulação baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF). Com esse modelo foi possível analisar o comportamento de elementos estruturais como blocos de fundação, consolos curtos e sapatas rígidas, e ainda realizar o dimensionamento das armaduras de aço, representar os valores de tensões, deformações e deslocamentos na região de uma viga representada com o Modelo de Bielas desenvolvido por MONTOYA et al. (1991). Adicionalmente, foi realizada a modelagem numérica via MEF de uma viga-parede com uma grande abertura, que foi inicialmente estudada por SCHLAICH et al. (1987). Com o fim de validar as implementações numéricas, os resultados foram comparados com modelagens numéricas realizadas com o auxílio do software ANSYS 17 e com expressões normativas.
Modelo computacional para análises estática e dinâmica de estruturas de aço e madeira com seções genéricas e inércias variáveis em mísulas.
(2022) Lima, Miguel Angelo Araújo; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Galvão, Alexandre da Silva; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus
O presente trabalho tem como objetivo realizar análise estática e dinâmica de estrutura de aço e madeira com seções transversais genéricas e momentos de inércias variáveis em mísulas ao longo de cada elemento estrutural. Com a finalidade de demonstrar a eficiência do método aplicado a barras com variação em mísula, utilizou-se a Regra de Simpson e verificou-se a sua eficiência a partir do cálculo dos fatores de forma e fatores de carga em alguns elementos estruturais com variação em mísula. Posteriormente utilizou-se uma função parabólica para descrever a variação da altura da seção ao longo do comprimento da barra e em seguida adotou-se o Método de Gauss-Legendre (Quadratura de Gauss) com a finalidade de calcular numericamente e de forma bastante precisa a flexibilidade dos elementos. Utilizou-se ainda para o cálculo das propriedades geométricas das seções transversais o Método dos Elementos Finitos (MEF).Vale ressaltar que no presente trabalho as discretizações das seções transversais foram realizadas com o auxílio do elemento finito triangular com três nós (CST). Neste trabalho as estruturas foram analisadas de duas formas: usando-se o elemento de barra (para análise estática e dinâmica) e posteriormente utilizou-se o elemento finito tridimensional (para análise estática). Com isso é possível realizar a análise de vigas, treliças, barras axiais e pórticos planos. Para a análise dinâmica utilizaram-se dois métodos de marcha no tempo, a saber: Método de Newmark e o Método da Superposição Modal. Por fim, implementou-se também no código computacional três formulações correspondentes à modelagem de estruturas tridimensionais utilizando-se os elementos finitos tetraédrico com 4 nós (T4), hexaédrico de oito nós (H8) e com o elemento hexaédrico ou paralelepipédico com 20 nós (H20). Neste trabalho, fez-se ainda a proposição de uma expressão para a matriz de rigidez, a matriz de massa e a matriz de amortecimento baseada na Regra de Simpson. Ou seja, daí surgem três matrizes equivalentes para a definição da rigidez, da massa e do amortecimento de estruturas. Com o intuito de validar as implementações numéricas realizadas foram analisadas duas estruturas. Na primeira aplicação comparou-se o resultado correspondente à análise dinâmica da estrutura através do Método de Newmark e do Método da Superposição Modal. Na segunda aplicação, modelou-se um pórtico plano via análise matricial com a consideração das matrizes de forma convencional e posteriormente com o uso da formulação proposta no presente trabalho. Por fim, verificou-se que os resultados obtidos foram bastantes satisfatórios tanto para as análises estáticas quanto para as análises dinâmicas demonstrando assim o sucesso das implementações numéricas realizadas.
Nonlinear dynamic behavior and instability of slender frames with semi-rigid connections.
(2010) Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Gonçalves, Paulo Batista
The free and forced nonlinear vibrations of slender frames with semi-rigid connections are studied in this work. Special attention is given to the influence of static pre-load on the natural frequencies and mode shapes, nonlinear frequency–amplitude relations, and resonance curves. An efficient nonlinear finite element program for buckling and vibration analysis of slender elastic frames with semi-rigid connections is developed. The equilibrium paths are obtained by continuation techniques, in combination with the Newton-Raphson method. The ordinary differential equations of motion of the discretized frame are solved by the Newmark implicit numerical integration method using adaptive time-step strategies. Three structural systems with important practical applications are analyzed: an L-frame, a shallow arch, and a pitched-roof frame. The results highlight the importance of the static pre-load and the stiffness of the semi-rigid connections on the buckling and vibration characteristics of these structures.
The influence of geometrically nonlinear effects on the progressive collapse of reinforced concrete structures.
(2015) Oliveira, Cláudio Ernani Martins; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Galvão, Alexandre da Silva; Araújo, Francisco Célio de; Sousa Junior, João Batista Marques de
Este trabalho apresenta um elemento nito baseado na teoria de Bernoulli com seção transversal discretizada em camadas, associando elastoplasticidade e não linearidade geométrica em uma formulação corrotacional. A investigação proposta foca na propagação do dano induzido pela perda de um pilar e veri ca se o processo de colapso progressivo é ou não iniciado. Nesta análise, a não linearidade física nas camadas da seção transversal é representada utilizando leis constitutivas unidimensionais. A discretização em camadas permite descrever o esmagamento gradual do concreto, assim como a plasti cação e ruptura das barras de armadura. O comportamento de quato pórticos planos é investigado computacionalmente. Os dois primeiros (IMF e TSM, abreviaturas para intermediate moment frame e threestorey scale model ) representam partes de edifícios em um cenário quase-estático. Resultados computacionais são comparados com dados experimentais disponíveis na literatura em termos de resposta estrutural (curvas carga vs. deslocamento) e mecanismos de falha. Os resultados mostram que os efeitos catenários afetam signi cativamente o comportamento estrutural e contribuem para um aumento da capacidade suporte da estrutura dani cada. Um estudo paramétrico computacional é desenvolvido com a nalidade de entender como as propriedades dos materiais afetam o comportamento global das estruturas e identi car quais destas propriedades tem in uência crucial nos cenários investigados. A terceira e quarta estruturas são pórticos planos de cinco andares, cada um idealizado de acordo com as normas de projeto/construção em concreto armado em vigor na Europa e no Brasil. Uma análise dinâmica não linear é desenvolvida. A combinação de cargas considerada para a análise de colapso progressivo segue as prescrições do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. O trabalho veri ca se as prescrições mínimas das normas de concreto armado utilizadas são su cientes para garantir segurança e robustez estrutural, além disso, aponta as diferenças em termos de propensão ao colapso progressivo.