Diseño por capacidad pique

DiseñoporCapacidad:UnaestrategiaNeozelandesadeDiseñoSismorresistente Javier Piqué del Pozo. CISMID-FIC-UNI .1.
Dr. Javier Piqué del Pozo 1
Introducción
A inicio de los años 60, se inicia en Nueva Zelandia, país ubicado justo sobre la zona de contacto de
las placas Pacífica y Australiana, una estrategia de diseño de edificios denominada “Diseño por
Capacidad”. Está dirigida a evitar el colapso de edificaciones ante sismos severos. Paralelamente se
desarrollan en ese país técnicas para refuerzo de muros estructurales de concreto armado con la
finalidad de dotarlos de capacidad de ductilidad; también orientada a la supervivencia de edificaciones
en zonas sísmicas.
En el Perú, la Norma E-060 Concreto Armado, incorpora en el diseño para fuerzas cortantes
de muros algunos criterios de esta estrategia. Esperemos que en el futuro podamos aprovechar estos
desarrollos y adaptarlos a nuestro medio aunque con la misma finalidad, evitar el colapso de
edificaciones ante sismos severos.
1. Filosofía del diseño sismorresistente
La filosofía que orienta el diseño sismorresistente está plasmada en los llamados criterios de diseño
que usualmente van desarrollados en las normas de diseño. Esta define cual es el comportamiento
deseado. La gran mayoría de normas del mundo (1,2) coincide en que los objetivos generales de la
construcción sismorresistente deben seguir los siguientes principios:
1. Prevenir daños no estructurales para temblores o terremotos pequeños, que pueden ocurrir
frecuentemente durante la vida útil (de servicio) de una estructura
2. Prevenir daños estructurales y hacer que los no estructurales sean mínimos, para terremotos
moderados que pueden ocurrir de vez en cuando. (Usualmente se señala expresamente que la
estructura sufrirá varios de éstos)
3. Evitar el colapso o daños graves en terremotos intensos y larga duración que pueden ocurrir raras
veces. (Usualmente uno durante la vida útil de la estructura).
A base de la experiencia de los últimos años, en que se ha podido registrar con mayor
amplitud los movimientos sísmicos, se ha observado que tanto las aceleraciones como las
deformaciones que se pueden desarrollar durante un sismo severo, e incluso moderado, son muy
altas. Además de las incertidumbres en la determinación de las solicitaciones y capacidades de la
estructura. Lo anterior implica que la filosofía ideal del diseño debería intentar alcanzar todos los
objetivos mencionados anteriormente proporcionando todas las necesidades de rigidez, resistencia y
1
Profesor Principal de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI).
Ex-Director del Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID) y
Decano de la Facultad de Ingeniería Civil de la UNI..
DISEÑO POR CAPACIDAD:
ESTRATEGIA NEOZELANDESA DE
DISEÑO SISMORRESISTENTE

capacidad de disipación de energía que puedan obtenerse con la mínima inversión inicial y el menor
sacrificio posible de las características arquitectónicas, comparando con un edificio diseñado
únicamente para resistir cargas de gravedad.
Bertero afirma (3): "La filosofía general está en total acuerdo con el concepto de diseño
integral. Sin embargo, las metodologías de diseño, según los códigos actuales, no alcanzan a
realizar las metas y objetivos de esta filosofía". Este es una afirmación crucial y alarmante que
señala el derrotero de la evolución que habrá de experimentar la ingeniería sismorresistente en los
años siguientes. Aunque el comentario del código de la SEAOC (1) establece que las estructuras
diseñadas según sus especificaciones podrán alcanzar los objetivos generales de esta filosofía en
realidad sus recomendaciones están orientadas a limitar el colapso y la pérdida de vidas y no a limitar
el daño, mantener el edificio funcionando o facilitar su reparación. Esto se debe a que la práctica
actual está basada en un único nivel del sismo de diseño.
2. Problemas actuales de la Ingeniería Sismorresistente
Para efectuar un diseño sismorresistente eficiente se necesita predecir, de manera confiable, el
comportamiento dinámico del sistema completo constituido por: suelo, cimentación, superestructura y
componentes y contenido no estructural. Según Bertero (3) los problemas que se encuentran en este
trabajo se pueden resumir en tres:
1. Estimar con precisión el movimiento del suelo en la cimentación del edificio: Terremoto de
entrada.
2. Estimar o calcular las deformaciones de la obra en particular en respuesta al movimiento que
experimenta la cimentación, considerando simultáneamente todas las solicitaciones que actúan
sobre ella: Solicitaciones o demandas a la estructura.
3. Predicción de la respuesta en el límite seguro: Capacidad real asignada a la estructura
Considerando todas las incertidumbres involucradas en este proceso no llama la atención la
tendencia natural a sobresimplificar el problema con las inevitables consecuencias de no poder
garantizar una adecuada seguridad a pesar de los grandes avances en todas las técnicas empleadas. De
hecho para mejorar el diseño sismorresistente se necesita mejorar nuestro conocimiento de las
respuestas a los tres interrogantes mencionados.
Respuesta en el límite. Capacidad real
La metodología de diseño generalmente aplicada en la
mayoría de países (2) considera un único nivel de
terremoto de diseño. Es decir, se ignora la diferencia en
los requerimientos que cada estado en los que la
estructura va a operar demanda. Los criterios de diseño
para condiciones normales o de servicio no son los
mismos que para las condiciones cuando se presenta el
terremoto de diseño, que puede ser el mayor esperado
en un lapso previsto en las mismas normas. La
metodología actual, según normas, está basada en un
terremoto de diseño de una única intensidad o nivel de
aceleración.

En concordancia con la filosofía de diseño, toda estructura que es sometida a un terremoto
intenso debería diseñarse para evitar el colapso más no para evitar sufrir daños estructurales. Este
criterio no está adecuadamente representado en la metodología de diseño y constituye actualmente,
en opinión de quién esto escribe, uno de los puntos más débiles de la ingeniería sismorresistente. En
ese sentido el diseño por capacidad representa una buena metodología orientada a conseguir dicho
objetivo que requiere ser difundida.
3. Colapsos en Edificaciones Modernas
En los años sesenta se introdujeron una serie de recomendaciones
con el objetivo de incrementar la capacidad de ductilidad de las
estructuras. Posteriormente fueron adoptadas por la mayoría de
normas en diversos países. Se construyeron edificaciones cuyos
componentes ofrecían esa capacidad. Sin embargo en los sismos
que ocurrieron en ciudades modernas en los años siguientes se
han presentado colapsos, parciales y totales que señalan
insuficiencia en estimar el comportamiento requerido por un sismo
severo, sobretodo si el objetivo es evitar el colapso.
En las
fotografías se
observan edificios
con colapsos
parciales y totales
en el Hospital de
Veteranos Olive View, en San Fernando 1971(Los
Angeles), en la ciudad de Kobe, Japón en 1995, y en
Turquía en 1999. Todas construcciones ingenieriles
que no han cumplido con el objetivo de sobrevivir al
colapso ante un sismo severo.
4. ¿Qué tan grande será el próximo terremoto?
Precisamente la incertidumbre sobre cuan intenso será el
próximo terremoto es que nos conduce a hacer todos los
esfuerzos por prevenir que ocurra el colapso, en caso se
presente un sismo de gran intensidad. De acuerdo a la
metodología de diseño actual, el diseño termina cuando se
proporcionan las dimensiones y el refuerzo de los
elementos para resistir la combinación de efectos máximos
que resulta a su vez en las máximas solicitaciones, a través
de envolventes de máximos. No es común efectuar una
verificación posterior de la capacidad real de la estructura,
cuando un sismo severo la someta a solicitaciones que
excedan su resistencia de diseño.

5. Estrategia del Diseño por Capacidad
El objetivo del diseño por capacidad es “conseguir una estructura extremadamente tolerante a los
desplazamientos impuestos por el sismo”, lo que se orienta a evitar el colapso, a pesar de haberse
excedido su resistencia.
Se inicia en los años 60 en Nueva Zelandia, por J.P. Hollings: para asegurar que la fluencia
ocurra sólo en zonas dúctiles escogidas. Incorporado a la Norma NZS 3101:1982, innovación de
Nueva Zelandia basada en los aportes de Paulay (1975,77,80)
Algunos de los principios en los que se basa este procedimiento son:
• Las zonas de comportamiento inelástico son clara y previamente definidas y diseñadas para
alcanzar la resistencia necesaria
• Las formas indeseables de deformación inelástica (fallas por corte o anclaje) deben evitarse,
asegurándose que su resistencia sea mayor a la capacidad, incluyendo la sobrerresistencia de las
rótulas plásticas
6. Analogía de la Cadena Dúctil
Es necesario introducir algunas definiciones antes de analizar el comportamiento de la cadena dúctil.
Pi= Resistencia ideal, o sea aquella estimada a través de las hipótesis de comportamiento de la
resistencia teórica de una sección, tipo de solicitación (corte, flexión, axial) o de un elemento
estructural. Por ejemplo, en el caso de la flexión de una sección de viga de concreto armado, Mu=
As.fy (d-a/2).
Pd= Resistencia de diseño o confiable. Aquella similar a la anterior pero en la que se han introducido
los factores de seguridad que representan la variabilidad de los materiales y validez de las hipótesis.
Por ejemplo, en el caso de la flexión de una sección de viga de concreto armado, Mu= ϕAs.fy (d-a/2)
Po= Sobrerresistencia o resistencia real. Aquella que realmente tiene la sección, tipo de solicitación
(corte, flexión, axial) o el elemento estructural. Esta se representa en función de la resistencia ideal
como, Po = λo Pi. Usualmente el valor de λo varía entre 1.3 y 1.6.
Las fuentes de la sobrerresistencia son, por
ejemplo, en la flexión de vigas:
• La resistencia del concreto que va
aumentando con el tiempo.
• El mayor esfuerzo resisten en las varillas
de acero por el endurecimiento por
deformación que se produce a grandes
deformaciones (Debe recordarse que
esta estrategia es para sismos severos
que pueden deformar significativamente
los elementos estructurales).
FUENTES DE SOBRE-RESISTENCIA
• Calidad del Concreto • Endurecimiento por
Deformación del
Acero
• Sección
• Refuerzo mínimo
real
supuesto
f’c
δ
fy
δ

• La sección transversal que es mayor que la rectangular supuesta en el diseño
• El refuerzo mínimo que siempre se coloca y no es cuantificado en el análisis.
Ductilidad.- La ductilidad es una característica esencial en el buen comportamiento sismorresistente
de cualquier estructura. La necesidad de contar con ella parte de la metodología de diseño usada en
la actualidad que confía en la disipación de energía por acción inelástica para resistir adecuadamente
un terremoto severo. Un sistema se puede considerar dúctil cuando es capaz de experimentar
deformaciones substanciales bajo carga constante, sin sufrir daños excesivos o pérdida de resistencia
bajo ciclos repetidos de carga y descarga (5). Esta característica es indispensable en edificios de
resistencia moderada si es que se quiere asegurar su supervivencia . Según Paulay y Priestley (5):
"Por esta razón es la propiedad singular más importante, buscada por el diseñador de
edificaciones ubicadas en regiones de significativa actividad sísmica".
El comportamiento de un sistema estructural puede representarse mediante una cadena.
Toda cadena se rompe por el eslabón más débil. Pero si ese eslabón más débil es diseñado
expresamente para que antes de romperse se comporte como si fuera dúctil, entonces toda la cadena
se comportará como dúctil.
Las diferentes solicitaciones sobre los elementos de una estructura se representan por los
eslabones de la cadena. La cadena está constituida por eslabones frágiles y por un eslabón dúctil.
Se conoce que la falla a la
fuerza cortante es frágil,
mientras que la resistencia a
la flexión puede ser dúctil, si
se diseña respetando ciertas
condiciones (cuantía limitada,
confinamiento, etc). Por con-
siguiente sería deseable que la
resistencia al corte sea mayor
que la resistencia a la flexión.
En la cadena, los eslabones
frágiles estarían represen-
tando a la resistencia al corte
en los distintos elementos de
la estructura, mientras que el
eslabón dúctil representaría la
resistencia a la flexión.
La fuerza que se aplica a todos los eslabones de la cadena es la misma, por consiguiente si se provee
a los eslabones frágiles con una resistencia mayor que la máxima o resistencia real
(sobrerresistencia) que pueda tener el eslabón frágil, habremos conseguido una cadena dúctil que
resiste la fuerza aplicada.
Pi Pi > PE/φPi s Pi Pi s
eslabones frágiles eslabones frágiles
eslabón dúctil
n eslabones
frágiles
eslabón dúctil cadena dúctil
+
+
Sobrerresistencia,
eslabón frágil
Pi s > Po
Po
Pi s
Po
Pi
Pi
∆ 1 n ∆ 1 + ∆ 2∆ 2
∆’1
∆’ = n ∆’1 + ∆’2
∆’2

7. Diseño por Capacidad
El diseño por capacidad y las reglas para el detallado de muros fueron desarrolladas íntegramente por
Paulay .
1º. Para asegurar la supervivencia estructural a un gran terremoto, digamos uno que pueda ocurrir
una vez cada 1000 años, se necesita escoger un mecanismo plástico racional y cinemáticamente
admisible. Esto se hace necesario para asegurar que todos los lugares donde tendrá lugar la
disipación de energía por deformación inelástica, estén claramente identificados.
2º. Se necesita hacer un estimado, que puede ser aproximado, con respecto a las demandas de
ductilidad de estas regiones plásticas, usualmente llamadas rótulas plásticas. Al escoger el
sistema (mecanismo) plástico completo, debemos intentar minimizar las demandas locales de
ductilidad en estas rótulas plásticas predeterminadas.
Resistencia límite mínima y modo de falla
Uno de los criterios de diseño vigentes recomienda
que en edificios las vigas deban ser proporcionadas
y reforzadas de manera que su fluencia -en caso de
sismo severo- ocurra antes que la de las columnas.
La razones para esto son:(8)
a. La falla de las columnas representa el colapso
de todo el edificio
b. En una estructura con columnas débiles, la
deformación plástica se concentra en cierto
entrepiso y por consiguiente requiere un factor
de ductilidad relativamente grande, usualmente
difícil de conseguir.
c. Tanto en la falla por corte como en la de flexión, la resistencia de las columnas se degrada con
más rapidez que en las vigas, debido a la presencia de la carga axial.
Ya que el comportamiento inelástico es aceptado y deseado, la tendencia modernas en el
diseño sismorresistente se concentran en orientar el proceso de formación de rótulas plásticas desde
la etapa del diseño. De manera explícita esto está establecido únicamente en el Código Sísmico de
Nueva Zelandia (2).
3º. El siguiente punto importante, en vista de la
burda estimación del movimiento del suelo
esperado, es que los análisis para las
(otras) cargas prescritas y fuerzas, no
necesitan ser excesivamente precisos. En
realidad un alto grado de precisión del
análisis estructural no aporta ninguna
ventaja.
4º. Se puede hacer una redistribución inelástica
estáticamente admisible de las acciones
para las que se diseña por lo que puede
conseguirse una solución óptima. Una
Pórtico dúctil
DESEABLE ACEPTABLE
∆ ∆
θ 1 θ
2
θ1 << θ2
Comparación de mecanismos de
disipación de energía

solución óptima significa que se puede lograr una mínima resistencia que satisfaga sólo los
requerimientos mínimos lo que permite lograr mayor economía
5º. La magnitud de las máximas acciones posibles, tales como momentos flectores en cada
articulación plástica, debe ser evaluada y estas acciones deben estar basadas en aquellas
propiedades que han sido realmente suministradas durante la construcción. No las
propiedades que hayan sido supuestas o especificadas. Estas son las acciones que se
desarrollarían durante un gran terremoto. A esto se ha denominado la "sobrerresistencia" de
dicha propiedad.
6º. Todos los elementos adyacentes a estas rótulas
plásticas escogidas donde se desarrollarán las
máximas acciones pueden entonces ser
diseñados para resistir estas acciones
sobrerresistentes y permanecer elásticos todo el
tiempo. Por consiguiente sabemos cuales son las
regiones plásticas y cuales las regiones elásticas
protegidas de la estructura.
7º. Y el punto final, la etapa final del proceso de
diseño, el punto más importante, es el detallado
para la construcción de estas regiones plásticas. Debemos apuntar a suministrar una reserva de
capacidad de ductilidad una reserva de capacidad de deformación inelástica para acomodar un
exceso inesperado en las demandas de ductilidad que un terremoto impredecible puede imponer.
8. Ejemplo: Resistencia al corte necesaria de una viga
En la referencia (6) se presenta el ejemplo que aquí se reproduce. Se trata de determinar cual es la
fuerza cortante para la que hay que diseñar la viga con el fin de que ésta sea mayor que la
sobrerresistencia (o resistencia real máxima) a flexión. De esta forma se evitará la falla frágil por
corte y en caso de exceso de carga se presentará la falla por
flexión que es dúctil.
Del equilibrio la relación entre corte y momento es:
Sin embargo, la resistencia al corte deberá ser la de diseño, VdA y los momentos resistentes en A y B
deberán ser los Mo, o máximos que resiste la sección.
Sustituyendo y usando las definiciones introducidas anteriormente, se tiene:
L
W
MA MB
VA VB
A B
2
WL
L
MM
V
BA
A +
+
=
2
WL
L
MM
V a
oo
d
BA
A λ+
+
≥ AA ioo MM λ=
BB ioo MM λ=
2
WL
L
MM
V a
ii
oi
BA
A λλϕ +




 +
≥






+
+
≥
2
1 WL
L
MM
V a
ii
oi
BA
A λλ
ϕ

Sustituyendo los valores de
ϕ = 0,85
λo = 1.3
λa= aceleración vertical del sismo, supuesta en 0.25, por lo que λa = 1.25
se obtiene:
2
47.153.1
WL
L
BMAM
AV ii
i +
+
≥
El resultado indica que se debe diseñar el cortante para una fuerza que es 53% mayor que la
requerida por el equilibrio a fin de que su resistencia sea mayor que la máxima en flexión y nunca
falle por corte.
9. Perspectivas futuras
El diseño límite y el diseño por capacidad son, en opinión del autor, los caminos naturales que habrá
que tomar si se mantiene la filosofía actual de diseño vigente en el mundo de evitar el colapso de
edificaciones ante sismos severos. Las normas serán las encargadas de incorporar las
modificaciones que reglamenten la aplicación de estas metodologías.
Reconocimiento.- El Ing. Víctor Rojas Y. del Centro de Cómputo del CISMID colaboró
dedicadamente en la preparación de las ilustraciones de este artículo y a quién el autor desea
expresar su agradecimiento.
REFERENCIAS
1. S.E.A.O.C. SEISMOLOGY COMMITTEE., 1988. "Recommended Lateral Force Requirements
and Commentary" Structural Engineers Association of California. San Francisco.
2. I.A.E.E., 2000. Earthquake Resistant Regulations - A World List. International Association for
Earthquake Engineering. Tokyo
3. BERTERO, Vitelmo V., 1994. "Major Issues and future trends in earthquake-resistant design".
Keynote Lecture. Proceedings of the Tenth World Conference in Earthquake Engeineering. Madrid Julio
1992. Volumen 11. Editorial A.A. Balkema, Rotterdam
4. VALENCIA, Ricardo. , 1940 "El Terremoto del 24 de Mayo de 1940, sus efectos y sus enseñanzas".
Revista de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Setiembre-Octubre 1940. T. VIII, N° 6-7, pp. 294-329.
Reproducido en la Revista El Ingeniero Civil. N° 98. Setiembre-Octubre 1995. pp. 6-19. Publicivil. Lima
5. PAULAY, Thomas, PRIESTLEY, M.,J., Nigel.,1992. Seismic Design of Reinforced
Concrete and Masonry Buildings. John Wiley & Sons. New York.
6. Park, Robert, Paulay, Thomas, 1975, Concreto Armado. Limusa
7. SATO, José. , 1995 "El sismo de Kobe" Comunicación interna CISMID-FIC-UNI. Lima.
8. MORALES, Roberto. , 1995, "Principales Aspectos Estructurales en la Supervisión", Cap. V,
Supervisión de Obras de Concreto. American Concrete Institute. Capítulo Peruano. 3a. Edición. Lima.

Diseño por Capacidad: Una estrategia Neozelandesa de Diseño Sismorresistente Javier Piqué del Pozo. CISMID-
FIC-UNI .
A-1.
ANEXO
En 1995 el autor de esta nota fue invitado por el Ing Héctor Gallegos a dictar
una charla sobre los aportes del Profesor Thomas Paulay de la Universidad de
Canterbury en Christchurch de Nueva Zelandia. El Profesor Paulay uno de los
impulsores del llamado “diseño por capacidad” envió para dicha conferencia un
video y un texto que fue traducido por el autor de este artículo y que por su
interés referente al tema es importante difundir, no solo por la claridad con que
presenta los conceptos sino por justicia a quién es el principal aportante de las
ideas que aquí se han presentado.
UN MENSAJE AL PERÚ:
CONFIANZA CON SIMPLICIDAD
EN EL DISEÑO SISMORRESISTENTE
Tom Paulay
Profesor Emérito
Universidad de Canterbury
Christchurch, Nueva Zelandia
Es un reto inusual dirigirse, vía una cinta de video, a colegas ingenieros en Lima. Tengo la esperanza
que mis palabras, densamente contaminadas por mi lengua nativa, el Húngaro, sean entendidas. Es
mi primer experimento de esta clase......pero la gente comúnmente se refiere a mí como a un
experimentador.
El reto de dirigirme a ustedes en algunos temas generales relacionados con terremotos, me
recuerda mi primera impresión que tuve cuando tenía alrededor de 16 años. Esto fue en Hungría, un
país que no tiene experiencia con catástrofes de esta naturaleza. Fue el bien conocido libro "El
Puente de San Luis Rey" escrito por Thornton Wilder cuando yo tenía cuatro años. Describe como las
vidas de cinco personas fueron afectadas por un desastroso terremoto en Lima.
En el Perú como en Nueva Zelandia nosotros compartimos una seria preocupación por los
efectos de los terremotos. Ellos representan, quizás, el reto más grande para la profesión de la
ingeniería. Ya no necesitamos aceptar los terremotos como una acto de Dios. Me impresiona
particularmente como inspirador que nuestro compromiso y nuestro éxito en resolver los tremendos
problemas relacionados con los terremotos, afecten las vidas de masas de gente. Estamos en
condiciones de mitigar el daño, la magnitud del cual puede, por otra parte, afectar la estabilidad
económica de toda una nación. Nuestras tareas están por consiguiente íntimamente relacionadas a
las necesidades de la sociedad amenazada. Esta es una de las razones por las que considero a la
ingeniería como una profesión indudablemente muy noble.
La ingeniería civil involucra el control de las fuerzas de la naturaleza para el beneficio de la
Humanidad. Involucra creación constante para mejorar la calidad de la vida. En nuestro campo
particular del diseño sísmico, también incluye la protección y preservación de nuestras creaciones,
cuando éstas están ocasionalmente expuestas a las fuerzas destructivas de la naturaleza.
En las últimas cuatro décadas se han hecho enormes progresos en la ingeniería antisísmica.
Con un mejor entendimiento de las causas y naturaleza de los movimientos del suelo, se pudieron
hacer por consiguiente progresos correspondientes en la ingeniería estructural. Aspectos que valen la
pena destacar incluyen:

FIC-UNI .
A-2.
1º. Se puso énfasis en el análisis de la respuesta dinámica.
2º. Surgió una sutil apreciación de la respuesta estructural inelástica
3º. Con la ayuda de las computadoras, el desarrollo de técnicas analíticas de análisis permitieron la
solución de problemas previamente considerados imposibles de resolver.
4º. Se tuvo que hacer una revisión completa de la respuesta de los materiales estructurales, tales
como acero, concreto, albañilería y madera cuando están sometidos a ciclos de grandes
deformaciones reversibles.
5º. Se tuvo que reconocer la importancia de transformar estos resultados de las investigaciones en
apropiada práctica y reglas de diseño para sistemas estructurales.
6º. La verificación de las nuevas técnicas de diseño desarrollados por medio de ensayos de laboratorio,
usando elementos, componentes y algunas veces sistemas estructurales completos, se convirtió
en una necesidad.
7º. Finalmente, se tuvieron que desarrollar filosofías apropiadas de diseño sismorresistente que
pudieran ser:
i) comprendidas por los diseñadores,
ii) aplicadas con relativa facilidad, y
iii) traducidas en una práctica constructiva efectiva.
Sin contemplar estos criterios, el progreso en la investigación no podría satisfacer las demandas
inmediatas de la sociedad.
Me uní a la Universidad de Canterbury en Christchurch, Nueva Zelandia, después de ocho años
de práctica en el diseño estructural. Por consiguiente me mantuve como un diseñador de corazón por
el resto de mi vida profesional.
Diseño, desde mi punto de vista, significa "decirle a la estructura, decirle al sistema, lo que
debe hacer en una situación determinada" Esto contrasta con la tendencia de moda en estos días,
donde se usan modelos sofisticados y análisis por computadoras para explorar lo que la estructura
pueda hacer. Habiendo concebido una estructura viable, a menudo basada en la comprensión y en
una buena intuición sobre su comportamiento, deberíamos dotarla de las propiedades que le permitan
conseguir nuestras intenciones. Obedecer nuestras órdenes, órdenes que nosotros como diseñadores
le impartimos.
Cuando tratamos con cargas o fuerzas conocidas, tales como las debidas a la gravedad o al
viento, la resistencia a las cuales requiere normalmente comportamiento elástico, la diferencia entre
análisis y diseño no es aparente. Sin embargo, cuando se deben considerar los efectos de un gran
terremoto, se requiere una filosofía diferente. Esto es porque las predicciones de los movimientos del
suelo que hacen vibrar la estructura son extremadamente burdas. Como regla general los códigos no
se refieren a esta seria limitación. Por consiguiente deberíamos emplear una estrategia de diseño que
produzca estructuras que sean muy tolerantes con respecto a las demandas sísmicas que, como he
mencionado, no pueden ser confiablemente predichas.
Con una cuidadosa combinación de análisis y extenso trabajo experimental, mi mayor interés
en los últimos 25 años ha sido contribuir, conjuntamente con un equipo de investigadores e ingenieros
diseñadores estructurales, al desarrollo de tal estrategia de diseño sísmico. Los resultados de estos
esfuerzos combinados han sido llevados a la práctica en Nieva Zelandia ya por más de 15 años.
Recientemente no hemos tenido grandes terremotos que puedan comprobar si es que nuestra
estrategia es correcta o no. Sin embargo, hemos podido verificar que en cada uno de los casos de
catástrofes mayores donde han ocurrido daños importantes o colapso, uno o varios de estos
principios fundamentales de esta estrategia de diseño sísmorresistente ha sido violado. No me es
posible tratar en detalle esta filosofía de diseño sismorresistente en una charla tan corta. Sin
embargo, trataré de resumir y delinear sus puntos más saltantes.
1º. La aplicación de la estrategia de diseño es racional, simple y por lo tanto inspiradora de
confianza.

FIC-UNI .
A-3.
2º. Para asegurar la supervivencia estructural a un gran terremoto, digamos uno que pueda ocurrir una
vez cada 1000 años, se necesita escoger un mecanismo plástico racional y cinemáticamente
4º. El cuarto punto importante, en vista de la burda estimación del movimiento del suelo esperado, es
que los análisis para las (otras) cargas prescritas y fuerzas, no necesitan ser excesivamente
precisos. En realidad un alto grado de precisión del análisis estructural no aporta ninguna ventaja.
5º. Se puede hacer una redistribución inelástica estáticamente admisible de las acciones para las que
se diseña por lo que puede conseguirse una solución óptima. Una solución óptima significa que se
puede lograr una mínima resistencia que satisfaga sólo los requerimientos mínimos lo que permite
lograr mayor economía
desarrollarían durante un gran terremoto. A esto se denomina la "sobrerresistencia" de dicha
propiedad.
7º. Todos los elementos adyacentes a estas rótulas plásticas escogidas donde se desarrollarán las
máximas acciones pueden entonces ser diseñados para resistir estas acciones sobrerresistentes y
permanecer elásticos todo el tiempo. Por consiguiente sabemos cuales son las regiones plásticas
y cuales las regiones elásticas protegidas de la estructura.
8º. Y el punto final, la etapa final del proceso de diseño, el punto más importante, es el detallado para
la construcción de estas regiones plásticas. Debemos apuntar a suministrar una reserva de
Esta es, entonces, en esencia la filosofía del DISEÑO POR CAPACIDAD. Está basada en el
simple modelo de una cadena en que se ha escogido un eslabón débil, pero hecho extremadamente
dúctil, para asegurar que cuando la cadena es estirada al máximo sólo este eslabón dúctil se
deformará o fluirá y se comportará como inelástico, mientras que todos los otros eslabones, teniendo
alguna resistencia adicional se mantendrán elásticos y por consiguiente pueden ser frágiles, pero la
cadena como un todo no tendrá una falla frágil.
Debe aceptarse el principio, y permítanme precisar esto nuevamente, que el terremoto sólo
reconocerá las propiedades que han sido dadas a la estructura tal como ha sido construida, los
terremotos no reconocerán aquellas propiedades supuestas o especificadas. Por consiguiente en la
evaluación de la sobrerresistencia de los eslabones débiles dúctiles deben ser tomadas en cuenta
todas las fuentes de resistencia que estarán presentes. Debemos recordar que "los terremotos no
prestan atención a los reglamentos y ninguno de ellos escuchan charlas"!.
Creo que tales estructuras serán extremadamente tolerantes con respecto a las demandas
de desplazamiento impuestas por el sismo. Hay un alto grado de confianza de que el colapso, debido
a las fallas frágiles observadas en el pasado, nunca ocurrirá. Es por supuesto inevitable que cuando
las demandas de ductilidad sean particularmente altas, haya daño estructural. Pero, un detallado
debidamente calculado y bien ejecutado de las regiones críticas también asegurará, que bajo
demandas de ductilidad moderadas, que es cuando los desplazamientos residuales impuestos por un
sismo no son excesivos, el daño será pequeño y será fácilmente reparable.

FIC-UNI .
A-4.
Puede esperarse que las estructuras así diseñadas se comporten como se les ordenó!,
aún cuando estén sometidas a demandas sísmicas extremas.
Christchurch, Noviembre de 1995

DiseñoporCapacidad:UnaestrategiaNeozelandesadeDiseñoSismorresistente Javier Piqué del Pozo. CISMID-FIC-UNI .A-1.
ANEXO
En 1995 el autor de esta nota fue invitado por el Ing Héctor Gallegos a dictar
una charla sobre los aportes del Profesor Thomas Paulay de la Universidad de
Canterbury en Christchurch de Nueva Zelandia. El Profesor Paulay uno de los
impulsores del llamado “diseño por capacidad” envió para dicha conferencia un
video y un texto que fue traducido por el autor de este artículo y que por su
interés referente al tema es importante difundir, no solo por la claridad con que
presenta los conceptos sino por justicia a quién es el principal aportante de las
ideas que aquí se han presentado.
UN MENSAJE AL PERÚ:
CONFIANZA CON SIMPLICIDAD
EN EL DISEÑO SISMORRESISTENTE
Tom Paulay
Profesor Emérito
Universidad de Canterbury
Christchurch, Nueva Zelandia
Es un reto inusual dirigirse, vía una cinta de video, a colegas ingenieros en Lima. Tengo la esperanza
que mis palabras, densamente contaminadas por mi lengua nativa, el Húngaro, sean entendidas. Es
mi primer experimento de esta clase......pero la gente comúnmente se refiere a mí como a un
experimentador.
El reto de dirigirme a ustedes en algunos temas generales relacionados con terremotos, me
recuerda mi primera impresión que tuve cuando tenía alrededor de 16 años. Esto fue en Hungría, un
país que no tiene experiencia con catástrofes de esta naturaleza. Fue el bien conocido libro "El
Puente de San Luis Rey" escrito por Thornton Wilder cuando yo tenía cuatro años. Describe como las
vidas de cinco personas fueron afectadas por un desastroso terremoto en Lima.
En el Perú como en Nueva Zelandia nosotros compartimos una seria preocupación por los
efectos de los terremotos. Ellos representan, quizás, el reto más grande para la profesión de la
ingeniería. Ya no necesitamos aceptar los terremotos como una acto de Dios. Me impresiona
particularmente como inspirador que nuestro compromiso y nuestro éxito en resolver los tremendos
problemas relacionados con los terremotos, afecten las vidas de masas de gente. Estamos en
condiciones de mitigar el daño, la magnitud del cual puede, por otra parte, afectar la estabilidad
económica de toda una nación. Nuestras tareas están por consiguiente íntimamente relacionadas a
las necesidades de la sociedad amenazada. Esta es una de las razones por las que considero a la
ingeniería como una profesión indudablemente muy noble.
La ingeniería civil involucra el control de las fuerzas de la naturaleza para el beneficio de la
Humanidad. Involucra creación constante para mejorar la calidad de la vida. En nuestro campo
particular del diseño sísmico, también incluye la protección y preservación de nuestras creaciones,
cuando éstas están ocasionalmente expuestas a las fuerzas destructivas de la naturaleza.
En las últimas cuatro décadas se han hecho enormes progresos en la ingeniería antisísmica.
Con un mejor entendimiento de las causas y naturaleza de los movimientos del suelo, se pudieron
hacer por consiguiente progresos correspondientes en la ingeniería estructural. Aspectos que valen la
pena destacar incluyen:
1º. Se puso énfasis en el análisis de la respuesta dinámica.
2º. Surgió una sutil apreciación de la respuesta estructural inelástica.

3º. Con la ayuda de las computadoras, el desarrollo de técnicas analíticas de análisis permitieron la
solución de problemas previamente considerados imposibles de resolver.
4º. Se tuvo que hacer una revisión completa de la respuesta de los materiales estructurales, tales
como acero, concreto, albañilería y madera cuando están sometidos a ciclos de grandes
deformaciones reversibles.
5º. Se tuvo que reconocer la importancia de transformar estos resultados de las investigaciones en
apropiada práctica y reglas de diseño para sistemas estructurales.
6º. La verificación de las nuevas técnicas de diseño desarrollados por medio de ensayos de laboratorio,
usando elementos, componentes y algunas veces sistemas estructurales completos, se convirtió
en una necesidad.
7º. Finalmente, se tuvieron que desarrollar filosofías apropiadas de diseño sismorresistente que
pudieran ser:
i) comprendidas por los diseñadores,
ii) aplicadas con relativa facilidad, y
iii) traducidas en una práctica constructiva efectiva.
Sin contemplar estos criterios, el progreso en la investigación no podría satisfacer las demandas
inmediatas de la sociedad.
Me uní a la Universidad de Canterbury en Christchurch, Nueva Zelandia, después de ocho años
de práctica en el diseño estructural. Por consiguiente me mantuve como un diseñador de corazón por
el resto de mi vida profesional.
Diseño, desde mi punto de vista, significa "decirle a la estructura, decirle al sistema, lo que
debe hacer en una situación determinada" Esto contrasta con la tendencia de moda en estos días,
donde se usan modelos sofisticados y análisis por computadoras para explorar lo que la estructura
pueda hacer. Habiendo concebido una estructura viable, a menudo basada en la comprensión y en
una buena intuición sobre su comportamiento, deberíamos dotarla de las propiedades que le permitan
conseguir nuestras intenciones. Obedecer nuestras órdenes, órdenes que nosotros como diseñadores
le impartimos.
Cuando tratamos con cargas o fuerzas conocidas, tales como las debidas a la gravedad o al
viento, la resistencia a las cuales requiere normalmente comportamiento elástico, la diferencia entre
análisis y diseño no es aparente. Sin embargo, cuando se deben considerar los efectos de un gran
terremoto, se requiere una filosofía diferente. Esto es porque las predicciones de los movimientos del
suelo que hacen vibrar la estructura son extremadamente burdas. Como regla general los códigos no
se refieren a esta seria limitación. Por consiguiente deberíamos emplear una estrategia de diseño que
produzca estructuras que sean muy tolerantes con respecto a las demandas sísmicas que, como he
mencionado, no pueden ser confiablemente predichas.
Con una cuidadosa combinación de análisis y extenso trabajo experimental, mi mayor interés
en los últimos 25 años ha sido contribuir, conjuntamente con un equipo de investigadores e ingenieros
diseñadores estructurales, al desarrollo de tal estrategia de diseño sísmico. Los resultados de estos
esfuerzos combinados han sido llevados a la práctica en Nieva Zelandia ya por más de 15 años.
Recientemente no hemos tenido grandes terremotos que puedan comprobar si es que nuestra
estrategia es correcta o no. Sin embargo, hemos podido verificar que en cada uno de los casos de
catástrofes mayores donde han ocurrido daños importantes o colapso, uno o varios de estos
principios fundamentales de esta estrategia de diseño sísmorresistente ha sido violado. No me es
posible tratar en detalle esta filosofía de diseño sismorresistente en una charla tan corta. Sin
embargo, trataré de resumir y delinear sus puntos más saltantes.
1º. La aplicación de la estrategia de diseño es racional, simple y por lo tanto inspiradora de
confianza.
2º. Para asegurar la supervivencia estructural a un gran terremoto, digamos uno que pueda ocurrir una
vez cada 1000 años, se necesita escoger un mecanismo plástico racional y cinemáticamente

4º. El cuarto punto importante, en vista de la burda estimación del movimiento del suelo esperado, es
que los análisis para las (otras) cargas prescritas y fuerzas, no necesitan ser excesivamente
precisos. En realidad un alto grado de precisión del análisis estructural no aporta ninguna ventaja.
5º. Se puede hacer una redistribución inelástica estáticamente admisible de las acciones para las que
se diseña por lo que puede conseguirse una solución óptima. Una solución óptima significa que se
puede lograr una mínima resistencia que satisfaga sólo los requerimientos mínimos lo que permite
lograr mayor economía
desarrollarían durante un gran terremoto. A esto se denomina la "sobrerresistencia" de dicha
propiedad.
7º. Todos los elementos adyacentes a estas rótulas plásticas escogidas donde se desarrollarán las
máximas acciones pueden entonces ser diseñados para resistir estas acciones sobrerresistentes y
permanecer elásticos todo el tiempo. Por consiguiente sabemos cuales son las regiones plásticas
y cuales las regiones elásticas protegidas de la estructura.
8º. Y el punto final, la etapa final del proceso de diseño, el punto más importante, es el detallado para
la construcción de estas regiones plásticas. Debemos apuntar a suministrar una reserva de
Esta es, entonces, en esencia la filosofía del DISEÑO POR CAPACIDAD. Está basada en el
simple modelo de una cadena en que se ha escogido un eslabón débil, pero hecho extremadamente
dúctil, para asegurar que cuando la cadena es estirada al máximo sólo este eslabón dúctil se
deformará o fluirá y se comportará como inelástico, mientras que todos los otros eslabones, teniendo
alguna resistencia adicional se mantendrán elásticos y por consiguiente pueden ser frágiles, pero la
cadena como un todo no tendrá una falla frágil.
Debe aceptarse el principio, y permítanme precisar esto nuevamente, que el terremoto sólo
reconocerá las propiedades que han sido dadas a la estructura tal como ha sido construida, los
terremotos no reconocerán aquellas propiedades supuestas o especificadas. Por consiguiente en la
evaluación de la sobrerresistencia de los eslabones débiles dúctiles deben ser tomadas en cuenta
todas las fuentes de resistencia que estarán presentes. Debemos recordar que "los terremotos no
prestan atención a los reglamentos y ninguno de ellos escuchan charlas"!.
Creo que tales estructuras serán extremadamente tolerantes con respecto a las demandas
de desplazamiento impuestas por el sismo. Hay un alto grado de confianza de que el colapso, debido
a las fallas frágiles observadas en el pasado, nunca ocurrirá. Es por supuesto inevitable que cuando
las demandas de ductilidad sean particularmente altas, haya daño estructural. Pero, un detallado
debidamente calculado y bien ejecutado de las regiones críticas también asegurará, que bajo
demandas de ductilidad moderadas, que es cuando los desplazamientos residuales impuestos por un
sismo no son excesivos, el daño será pequeño y será fácilmente reparable.
Puede esperarse que las estructuras así diseñadas se comporten como se les ordenó!,
aún cuando estén sometidas a demandas sísmicas extremas.
Christchurch, Noviembre de 1995

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