FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“Informe Sobre un Modelamiento de una Estructura en
SAP200’”
Autores:
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Amaya Carbajal, José
Bravo Flores, Ángel
Huanes Manrique, Sebastian
Liñán Malqui, Gerson
Matías Gaona, Janet
Pacheco Espinoza, Jhonatan
Sánchez Sánchez, Pedro
DOCENTE:
ING. JUAN ALEJANDRO AGREDA BARBARAN
CURSO:
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
GRUPO:
N° 03
TRUJILLO - PERÚ
2023
ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
ÍNDICE
I.
INTRODUCCIÓN ...............................................................................................................3
II.
DESARROLLO ..................................................................................................................4
PASO 01: GEOMETRÍA DEL MODELO ESTRUCTURAL .............................................4
PASO 02: GUARDAR EL AVANCE ..................................................................................6
PASO 03: ASIGNACIÓN DEL TIPO DE APOYO ............................................................6
PASO 04: ASIGNACIÓN DE DIAFRAGMAS POR CADA NIVEL ................................8
PASO 05: DEFINICIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL TIPO DE MATERIAL A
UTILIZARSE (CONCRETO) ................................................................................................9
PASO 06: DEFINICIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOS
ESTRUCTURALES.............................................................................................................10
PASO 07: ASIGNACIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS ELEMENTOS ..................12
PASO 08: ASIGNACIÓN DE BRAZOS RÍGIDOS .........................................................14
PASO 09: DEFINICIÓN DE ESTADOS DE CARGA ESTÁTICOS .............................15
PASO 10: ASÍGNACIÓN DE CARGAS A LA ESTRUCTURA ....................................15
PASO 11: DEFINICIÓN DE COMBINACIONES DE CARGA ......................................18
PASO 12: ANÁLISIS DEL MODELO ESTRUCTURAL ................................................19
PASO 13: VISUALIZACIÓN DE LA GRÁFICA DE RESULTADOS –
DESPLAZAMIENTOS ........................................................................................................20
PASO 14: VISUALIZACIÓN DE LA GRÁFICA DE RESULTADOS – REACCIONES
EN LA BASE .......................................................................................................................22
PASO 15: VISUALIZACIÓN DE LA GRÁFICA DE RESULTADOS – CARGA
AXIAL, CORTANTE Y MOMENTO ..................................................................................23
PASO 16: VISUALIZACIÓN EN TABLAS DE LOS RESULTADOS – CARGA
AXIAL, CORTANTE Y MOMENTO ..................................................................................25
PASO 17: IMPRESIÓN DE RESULTADOS EN ARCHIVO DE TEXTO .....................26
PASO 18: EXTRA – DISEÑO DE LA ESTRUCTURA ..................................................27
PASO 18-1: Definición de Código de Diseño ..........................................................27
PASO 18-2: Selección de las Combinaciones de Diseño ....................................28
PASO 18-3: Cálculo de Cuantías de Refuerzo en los elementos estructurales
III.
CONCLUSIONES ........................................................................................................32
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
I.
INTRODUCCIÓN
El análisis y diseño sísmico de edificaciones de concreto armado es
un proceso crucial en la ingeniería estructural, especialmente en
regiones sísmicamente activas. En este contexto, el presente trabajo
se centra en el análisis y diseño sísmico de una edificación dual de
concreto armado de cuatro niveles utilizando el software de modelado
estructural SAP2000. Este tipo de estructuras, conocidas por su
capacidad de resistir tanto fuerzas gravitatorias como sísmicas,
representan una solución eficiente y segura para enfrentar eventos
sísmicos. A lo largo de este estudio, se abordarán aspectos
fundamentales como la modelación del sistema estructural, la
selección y distribución de materiales, así como la evaluación de la
respuesta sísmica y el diseño de elementos de la estructura. El
objetivo final es garantizar la integridad y seguridad de la edificación
ante
posibles
sismos,
contribuyendo
así
al
desarrollo
de
construcciones resilientes y capaces de soportar condiciones
adversas.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
II.
DESARROLLO
Se analizará la estructura dual tridimensional de concreto armado. El
proyecto consiste en una estructura de cuatro niveles cuyas
dimensiones geométricas en planta y elevación. El material a utilizar
será concreto estructural de 210 kgf/cm2 de resistencia a la
compresión.
Vista en Planta (Longitudes en metro lineal)
Vista en Planta (Longitudes
en metro lineal)
PASO 01: GEOMETRÍA DEL MODELO ESTRUCTURAL
Nos vamos a “File”, después a
“New Model” y le damos clic
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Nos aparecerá esta ventana, el
cual cambiaremos el “Default
Units” a “Tonf, m, C” y le
daremos clic a “3D Frames”
Nos aparecerá esta ventana, el
cual haremos las siguientes
modificaciones
para
los
parámetros geométricos del
modelo.
Ahora activaremos la opción
“Use Custom Grid Spacing and
Locate Origin” y le daremos clic
a “Edit Grid”.
Nos aparecerá esta ventana, el
cual haremos las siguientes
modificaciones
para
los
parámetros geométricos del
modelo y le daremos clic en
“ok”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Quedándonos así la estructura.
PASO 02: GUARDAR EL AVANCE
Es importante guardar el avance del
modelo, para eso nos vamos a “File”
y después a “Save As”, lo guarda en
la ubicación y nombre que usted
guste.
PASO 03: ASIGNACIÓN DEL TIPO DE APOYO
Lo primero que tenemos que hacer es ubicarnos en la cimentación
para ello tenemos que ubicarnos en “Z=0”, además, si no se
encuentra en ese nivel, podemos movernos de nivel con las
flechas.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Ahora seleccionamos todos los nudos y nos vamos a “Assign”, “Joint” y
“Restraints”; y le damos clic.
Seleccionamos
todas
estas
opciones
y
seleccionamos
el apoyo de
empotramiento y
le damos “ok”,
quedándonos los
apoyos de esa
manera.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
PASO 04: ASIGNACIÓN DE DIAFRAGMAS POR CADA NIVEL
Primero nos ubicamos en el nivel “Z=4”, seleccionamos todos los
nudos como en el anterior paso y luego nos vamos a a “Assign”,
“Joint” y “Constraints”; y le damos clic.
Nos aparecerá esta ventana y le
damos clic a “Define Joint
Constraints”
Nos aparecerá esta ventana,
cambiamos
el
“Choose
Constraint Type to Add” a
“Diaphragm” y le damos clic a
“Add New Constraint”
Nos aparecerá esta ventana y le
cambiamos el nombre a “PISO 01” y le
damos clic a “ok”; cabe recalcar que debe
estar en “GLOBAL” y “Z Axis”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
El mismo procedimiento se hace para los
siguientes pisos, quedándonos así, cabe
aclarar que se debe crear un diafragma
para cada nivel, teniendo el cuidado de no
asignar dos diafragmas a un mismo nivel.
PASO 05: DEFINICIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL TIPO DE
MATERIAL A UTILIZARSE (CONCRETO)
Ahora
definimos
los
materiales, nos vamos a
“Define” y a “Materials”
Escogemos el material “4000Psi” que
es similar al concreto que usaremos,
y le damos clic a “Modify/Show
Material”
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Cambiamos el nombre a
“CONC210” y hacemos las
siguientes configuraciones y le
damos “ok”.
PASO 06: DEFINICIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Ahora definimos las secciones de
los elementos estructurales, nos
vamos a “Define”, “Section
Properties” y “Frame Sections”
Nos aparecerá esta ventana
y le damos clic a “Add New
Property”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Nos aparecerá esta ventana
y seleccionamos “Concrete”
y escogemos “Rectangular”
Empezamos a definir las
secciones, haciendo los
siguientes cambios, primero
empezaremos con las vigas.
Para las columnas
nos vamos a la opción
“Concrete
Reinforcement”,
el
cual
abrirá
una
ventana nueva y
configuramos “Design
Type”, el cual debe
estar en “Column”,
ahora definimos las
columnas.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Para la placa, es
igual que hacer la
viga, solo que, en
este caso, haremos
2 con secciones
invertidas,
para
ayudarnos
a
asignar
las
secciones.
Quedándonos
así
todas las secciones
definidas.
PASO 07: ASIGNACIÓN DE LAS SECCIONES DE LOS
ELEMENTOS
Ahora haremos la asignación de
las secciones de los elementos,
nos vamos a “Assign”, “Frame”
y “Frame Sections”
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Ahora empezamos a asignar las
secciones
donde
corresponde,
seleccionando la sección a colocar y el
lugar, como se puede ver en la imagen.
Quedándonos así la estructura:
Para visualizar así la estructura, le damos clic
a “Set Display Options”, “General Options”,
“View Type”; y cambiamos a “Extrude”
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
PASO 08: ASIGNACIÓN DE BRAZOS RÍGIDOS
Ahora haremos la asignación de brazos rígidos, para eso,
seleccionamos toda la estructura como se ve en la imagen.
Los brazos rígidos son los
segmentos
de
vigas
y
columnas
que
están
embebidas dentro del nudo de
unión de dichos elementos
Nos vamos a “Assign”,
“Frame” y “End (Length)
Offsets”
Nos aparecerá esta
ventana y hacemos los
siguientes, le damos
“ok”.
Quedando así la estructura:
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
PASO 09: DEFINICIÓN DE ESTADOS DE CARGA ESTÁTICOS
Ahora definiremos los estados
de carga estáticos, nos vamos
a “Define” y a “Load Patterns”.
Añadimos los 5 estados de carga como se
ven en la imagen, solamente colocando su
nombre y tipo, se añade presionando “Add
New Load Pattern”
PASO 10: ASÍGNACIÓN DE CARGAS A LA ESTRUCTURA
Estas cargas son el resultado del metrado de cargas realizado en
la estructura, en las cuales interviene el peso del aligerado,
tabiquería y acabados, como peso debido a la carga muerta,
adicional al peso propio de todos los elementos modelados y el
peso se la sobrecarga o peso del uso de la estructura se considera
como carga viva.
La asignación de carga muerta y cargas vivas se hará con respecto
a los ejes y los niveles de pisos, por otro lado, las cargas de sismo
serán en el centro de masa del diafragma (como la estructura es un
rectángulo se colocará en el centro).
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Para asignar las cargas vivas y muertas, se
dará un ejemplo, haremos la primera carga
muerta, como nos damos cuenta el “Eje A”
y “Eje E”, del piso 1 al 3, las cargas son
iguales, por lo que seleccionamos esos 3
niveles de ambos ejes y nos vamos a
“Assign”, “Frame Loads” y “Distributed”,
configuramos como se ve en la imagen y le
damos “ok”.
Y así asignamos todas las cargas muertas para la estructura, para las
cargas vivas, es el mismo procedimiento, lo único que cambiaríamos es
lo siguiente: “Load Patterns” (la asignación de la carga), “Add to Existing
Loads” (esto para no reemplazar la carga, si no agregar una nueva
carga) y el “Uniform Load” (dependiendo del cuadro de cargas), además
tenemos que añadir 2 veces la carga viva, “L1” y “L2”, siguiendo este
procedimiento, ya que servirá para hacer las combinaciones
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Ya asignadas las cargas vivas y muertas, toca añadir las cargas de sismo, como
se dijo anteriormente será en el centro de masa del diafragma, lo seleccionamos
como se puede apreciar en la imagen, y nos vamos a “Assign”, “Joint Loads” y
“Forces”
Como ejemplo, se realizará para el primer piso, empezamos con el
“SX” y agregamos lo siguiente, le damos “ok”.
Así mismo hacemos para el “SY”, pero en vez de “Replace Existing
Loads”, marcamos “Add to Existing Loads”, además, colocamos las
cargas y momentos en “y”, como se ve en la imagen.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
PASO 11: DEFINICIÓN DE COMBINACIONES DE CARGA
Luego de haber cargado la estructura con los sistemas de cargas
actuantes, se debe realizar las combinaciones de carga, con la
finalidad de ejercer máximos efectos sobre la carga.
Estas serán las combinaciones de cargas a añadir.
Para definir las combinaciones de cargas a utilizarse, nos vamos a
“Define” y “Load Combinations”.
Presionamos
New Combo”
“Add
Como ejemplo se hará el
“COMB1”, debe estar en
“Linear Add”, ponemos lo
que nos pide (1.5DEAD y
1.8L1) y le damos “Add”,
para las combinaciones
que llevan un “-“, solo lo
ponemos “-1”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Ejemplo,
“COMB5”
(1.25DEAD, 1.25L1 y -1SX)
Y así haremos para las 19 combinaciones, la combinación 20 se hará
con el tipo “Envelope”, además serán ingresadas todas las
combinaciones creadas con un factor de escala 1.
Y así tendríamos las
20 combinaciones
creadas.
PASO 12: ANÁLISIS DEL MODELO ESTRUCTURAL
Ahora procedemos a analizar la estructura, nos vamos a
“Analyze” y a “Set Analysis Options”.
Se abre la siguiente
ventana
y
seleccionamos
“Space
Frame”,
debido a que se está
realizando
un
análisis
tridimensional y le
damos “ok”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Nos vamos nuevamente a
"Analyze” y a “Set Load
Cases to Run”
En
“Modal”,
presionamos “Run/Do
Not Run Case”, para
que pase de “Run” a
“Dot not Run”, así que
el
programa
no
analizara dicho caso
de análisis y le damos
“Run Now”.
Quedando así la estructura:
PASO 13: VISUALIZACIÓN DE LA GRÁFICA DE
RESULTADOS – DESPLAZAMIENTOS
Para poder visualizar la deformada de la estructura debido a los
estados de carga por sismo, nos vamos a “Display” y a “Show
Deformed Shape”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Podemos ir viendo la deformada por cada carga o combinación que
creamos, seleccionándolo y dándole en “Apply”, en esta imagen se ve
la deformada por el “SX”.
Para “SY”
Para “COMB1”
Para “COMB20”
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Además, dándole clic derecho sobre cualquier nudo, el programa nos
muestra los desplazamientos traslacionales y rotacionales de dicho
nudo, como se observa en la imagen.
El objetivo del cálculo de los desplazamientos y distorsiones es el
control de desplazamientos definido en la norma respectiva. Los
desplazamientos elásticos calculados con el programa deben ser
corregidos como lo manda la norma.
PASO 14: VISUALIZACIÓN DE LA GRÁFICA DE RESULTADOS –
REACCIONES EN LA BASE
Para poder visualizar los valores de las reacciones en la base de la
estructura, nos vamos a “Display”, “Show Forces/Stresses” y “Joints”
Como en el anterior paso, podemos ir viendo las reacciones por cada
carga o combinación que creamos, cambiándolo en “Case/Combo
Name”, para este caso usaremos el “COMB20”, le damos en “Apply” y
la estructura queda como se ve en la imagen.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Además, como en el paso anterior, dándole clic derecho sobre cualquier
nudo, el programa nos muestra más a detalle los valores de la reacción
en el nudo de la base, como se observa en la imagen.
PASO 15: VISUALIZACIÓN DE LA GRÁFICA DE
RESULTADOS – CARGA AXIAL, CORTANTE Y MOMENTO
Para visualizar los resultados en forma gráfica, además, de las
fuerzas y momentos, para eso, nos vamos a “Display”, “Show
Forces/Stresses” y “Frames/Cables/Tendons”
En esta ventana podemos elegir
los resultados de carga axial,
cortantes y momentos, en este
caso veremos los diagramas por
fuerza axial debido a “L1”,
podemos ir viendo seleccionando
la carga o combinación y dándole
“Apply”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Se observa el diagrama por
Torsión debido a la combinación
“COMB20”.
Se observa el diagrama por el
momento 3-3 debido a la
combinación “COMB10”.
Se observa el diagrama por la
cortante 2-2 debido a la
combinación “COMB1”.
Además, seleccionando la opción
“Show Values”, podemos ver los
valores
originados
por
la
cortante, también se puede ver
para las demás cargas, además,
de torsión, carga axial y
momentos.
Se observa el diagrama por carga
Axia debido a la combinación
“COMB18”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Para una mayor visualización de detalles podemos darle clic
derecho a cualquier diagrama, como se ve en la imagen.
PASO 16: VISUALIZACIÓN EN TABLAS DE LOS RESULTADOS –
CARGA AXIAL, CORTANTE Y MOMENTO
Se observaron los diagramas en forma gráfica, para llevarlos a tabla,
nos vamos a “Display” y a “Show Tables”
Seleccionamos los resultados de los análisis
“ANALYSIS RESULTS” y le damos en “Ok”.
Y así tenemos todas las
tablas de los resultados de
análisis.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Si queremos llevar la tabla a
Excel, nos vamos a la opción
“File”, “Export Current Table”
y “To Excel”.
Y así obtenemos cualquier tabla en Excel.
PASO 17: IMPRESIÓN DE RESULTADOS EN ARCHIVO DE
TEXTO
Para generar el reporte en Word, nos vamos a “File” y “Print Tables”.
Seleccionamos todos los resultados de los
análisis y le damos “ok”, lo guardamos en
la ubicación del pc que preferimos.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Nos genera un Word con todas las tablas, listo para mandar a
imprimir o guardar.
PASO 18: EXTRA – DISEÑO DE LA ESTRUCTURA
PASO 18-1: Definición de Código de Diseño
Para definir el cogido de diseño, nos vamos a “Design”, “Concrete
Frame Design” y “View/Revise Preferences”.
Comprobamos que todo está como se ve en la imagen y le damos “ok”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
PASO 18-2: Selección de las Combinaciones de Diseño
Para seleccionar las combinaciones de diseño, nos vamos a “Design”,
“Concrete Frame Design” y “Select Design Combos”
Pasamos todas las combinadas al lado derecho con la opción “Add”,
quedando como se ve en la imagen y le damos “Ok”, además
desactivamos la casilla “Automatic Generate Code-Based Load
Combinations”, para evitar que el programa añada combinaciones de
diseño provenientes del código de diseño seleccionado.
PASO 18-3: Cálculo de Cuantías de Refuerzo en los elementos
estructurales
Para determinar las cuantías de acero, primero seleccionamos toda la
estructura y nos vamos a “Design“, “Concrete Frame Design” y
“View/Revise Overwrites”
Se abre esta ventana, y lo único
que cambiamos es el “Framing
Type” a “Sway Special”.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Ahora sí, para calcular las
cuantías, nos vamos a “Design”,
“Concrete Frame Design” y a
“Start
Design/Check
of
Estructure”
Quedando así la estructura con sus cuantías para columnas
y vigas calculadas.
Para una mejor visualización del cálculo, cambiamos de “Tonf, m, C” a
“Tonf, cm, C”, quedando así.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Para una mejor aún, visualización del cálculo, le damos clic derecho a
cualquier elemento estructural, en este caso, una viga.
Si deseamos observar el detalle de diseño de la sección, presionamos
“Summary”
Para una columna.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
Además, podemos ver la superficie de interacción de la columna,
dándole clic a “Interaction”
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL II
III.
•
CONCLUSIONES
SAP2000 nos permite a los ingenieros crear modelos detallados y
precisos de estructuras complejas. Puede manejar una amplia variedad
de elementos, como vigas, columnas, losas, muros, cimientos, etc. Esto
es crucial para la representación precisa de la geometría y la distribución
de cargas en una estructura.
•
El programa ofrece una amplia gama de opciones de análisis, incluyendo
análisis estático, dinámico y no lineal. Puede simular comportamientos
sísmicos, de viento y otros tipos de cargas. Esto es fundamental para
evaluar la capacidad de una estructura para resistir diferentes tipos de
fuerzas y asegurar su seguridad y rendimiento.
•
SAP2000 ofrece herramientas avanzadas para el diseño y la optimización
de estructuras. Puede realizar análisis de elementos finitos para
determinar las dimensiones y las propiedades de los materiales óptimos,
teniendo en cuenta los criterios de diseño y los códigos de construcción
aplicables. Esto ahorra tiempo y recursos al ingeniero, al mismo tiempo
que asegura una estructura segura y eficiente.
•
SAP2000 es compatible con una amplia variedad de formatos de archivo,
lo que facilita la colaboración entre diferentes equipos y programas de
diseño. Además, proporciona documentación detallada y resultados
gráficos que pueden ser utilizados para comunicar de manera efectiva los
hallazgos y las decisiones de diseño a los demás miembros del equipo y
a las partes interesadas.
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