Esta presentación explora las estrategias clave de mitigación de licuación de suelos, centrándose en las experiencias de dos países geográficamente distantes pero igualmente propensos a terremotos: Nueva Zelanda e Italia. En esta sesión informativa, se examinan en profundidad las amenazas que representan los suelos susceptibles de licuación, los factores desencadenantes y las consecuencias devastadoras que los terremotos pueden tener en las estructuras y comunidades. A través de estudios de casos y análisis comparativos, se presentan las soluciones aplicadas con éxito en ambos países para enfrentar este desafío geotécnico. Se destacan las técnicas de mejora de suelos, como la compactación dinámica, el uso de Columnas de Grava Compactada, junto con métodos avanzados de cimentación sísmicamente resistentes.

1. Mitigación de Licuación de
Suelos en Nueva Zelanda e Italia
9 / 2 9 / 2 2
J o r g e A r r o y o E s q u e d a
G e r e n c i a R e g i o n a l
G E O P I E R F o u n d a t i o n C o .

2. AGENDA
1. Licuación de Suelos
2. Daños Inducidos por Licuación de Suelos
3. Terremoto Christchurch, NZ
4. Programa de Investigación para Mitigación de Licuación Crhistchurch, NZ
5. Experiencia en Italia
6. Conclusiones

3. Qué es Licuación de Suelos?
Ocurre cuando los depósitos de suelo de baja resistencia son sujetos a fuerzas dinámicas de duración e
intensidad significativas .
1. Los requisitos para el desencadenamiento de Licuación de Suelos:
a. Suelos c/comportamiento arenoso (IP importante para limos).
b. Saturación o presencia de NAF.
c. Baja densidad relativa – comportamiento contractivo.
d. Sismo intenso para inducir cambio volumétrico.
e. Sismo con duración para generar exceso de presión de poro.

4. Qué es Licuación de Suelos?
Si el sismo presenta suficiente intensidad y duración:
a. La presión de poro se incrementa en los depósitos saturados.
b. El esfuerzo efectivo se reduce.
c. La resistencia al corte del suelo se reduce.
d. Los depósitos de baja resistencia se contraen.
La Licuación de Suelos entonces resulta en ambos,
pérdida de resistencia al corte y subsecuentemente, una
reducción volumétrica ante la disipación de presión de
poro (Seed and Idriss, 1982)
ϕ'
σ'
τ'
σ - μi
σ – (μi+μx )
Resistencia al Corte
Inicial
Resitencia al Corte Final

5. a max = Amplitude Cyclic Shear Stresses
0 5 10 15 20 25 30 35 40
-0.2
-0.1
0.1
0.2
0.0
time (sec)
acc
(g)
Duration Earthquake Magnitude (Mw)
La fuerza sísmica es expresada en términos de esfuerzos cortantes cíclicos
Licuación de Suelos es relacionada a una Amplitud (a) y a la Duración del Sismo (Mw)

6. a
F
m
A

a ~ 0.65 PGA ~ 0.65 amax
d
v
v
v
r
g
a
'
65
.
0
'
max





d
max r
)
65
.
0
( v
a 
 
a
m
A
F
v
A
a

 


Inertia:
Seed’s simplification
Columna de Suelo
Demanda Sísmica
Cyclic Stress Ratio (CSR)

7. Cyclic Resistance Ratio (CRR)
Liquefaction
No
Liquefaction
CRR = “Cyclic Resistance Ratio”
In-situ testing:
 SPT – (N1)60
 CPT – qc
 Geophysical - Vs
 DMT - Kd
MSF
CSR
CRR
FS 5
.
7







Resistencia ante Esfuerzos Cíclicos de Corte

8. 1. Bray & Sancio (2006):
Licuación: suelos con IP<12 and W%/LL > 0.85
2. Idriss & Boulanger et al. (2008):
Licuación: suelos con IP< 7.
Susceptibilidad de Licuación en Suelos Finos

9. AGENDA
1. Licuación de Suelos
2. Daños Inducidos por Licuación
3. Sismicidad Ecuador – Terremoto Muisne 2016
4. Licuación de Suelos – Terremoto Muisne 2016
5. Mitigación de Licuación de Suelos – Terremoto Muisne 2016
6. Conclusiones

10. Eyecciones de Suelo
Punzonamiento
Deformación Plástica
por ISE
Setimentación
Consolidación
Pérdida de Suelo
Deformaciones
Inducidad por Cortante
Deformaciones
Volumétricas
(Mod. Bray and Dashti 2014)

11. 1. Falla por capacidad de carga / asentamientos excesivos
2. Eyección excesiva / Escurrimientos laterales
3. Pilas o Inclusiones Rigidas son sujetas a momentos/fuerzas excesivas debido a la pérdida de
confinamiento del suelo circundante.

12. (Slide from Bray, GEER ppt.,
and Vera 2017)

13. Deformaciones Inducidas por Licuación de
Suelos
(Zhang, et al. 2004) (Ishihara and Yoshimine, 1992)

14. Técnicas de Remeciación
Mejoramientos de Suelo
Mitchell, J.K. (2008)
GEOPIER®
Rammed Aggregate Pier®

15. Geopier® design and benefits

16. Nazca
Plate
Caribbean
Plate
North
America
Plate
Pacific
Plate
Australia
Plate
Eurasia
Plate
Antarctic Plate
Africa Plate
South
America
Plate
Juan de Fuca
Plate
Lecciones aprendidas de experiencia de licuación a gran
escala en Nueva Zelanda.
Nueva Zelanda
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia

17. Licuación Observada
Canterbury (Christchurch), NZ – Febrero 2011
Mw=6.3, PGA=0.45g
< 10 km al Sur
de la Ciudad
Observaciones de Licuación

18. Se observó una correlación entre licuación y una
costra superficial
Costra superficial
no-licuable de > 3m
Observaciones de Licuación
Costra superficial
no-licuable de < 3m

19. Mecanismos de Manifestación en Superficie
Espesor de la costra superficial se
relaciona al potencial de licuación
manifestada en superficie
Ishihara 1985
Observación interesante de Christchurch, NZ

20. Licuación
Observada
Canterbury, NZ EQ:
Mw = 6.3
PGA=0.45g
Observaciones de Licuación

21. Hogares rodeados de eyección de licuación
Asentamiento
Diferencial
Canterbury, NZ EQ:
Mw = 6.3
PGA=0.45g
Observaciones de Licuación

22. ¿Qué hacer de todo esto?
Comisión de Terremotos de NZ (EQC)
 Agencia Gubernamental formada en 1945 – en respuesta a la
necesidad de asegurar contra daños por deslizamientos
 Provee Seguro contra desastres naturales
 Automáticamente asegura las propiedades residenciales en NZ
hasta unos NZ $100,000 (NZ$1 = $0.61 USD Mayo 2020)
 Se esperaba en reclamos de ~NZ$12 Billones– ouch.

23. • La comisión EQC estaba dispuesta a gastar $15 Billones = 15B razones
de “hacerlo bien”
• Un equipo de expertos internacionales se hizo su “Equipo de especialistas”
(Task force)
¿Qué hacer de todo esto?

24.  Usar sistemas de mejoramiento de suelo para aumentar el espesor de la costra superficial no-
licuable de 4m de espesor
 Ahorrar $$$ evitando hacer tratamiento en toda la capa de suelo.
 Reducir las manifestaciones de daños inducidos por licuación (por ejemplo, asentamiento
diferencial).
Concepto del EQC
Costra No-Licuable
Suelo
Licuable

25.  Corte y relleno con grava + cemento
 Compactación Rápida Impacto
 GEOPIER® Pilas de Agregado Compactado (Rammed Aggregate Piers)
 Pilas de Madera Hincadas
 Inyecciones de Compactación (Low Mobility Grout)
 Inyección de Resina
 Columnas de grava - vibrolanza
7 Métodos de Mejoramiento de Suelos

26. Zonas de Prueba de Mejoramiento de Suelo
Mapa mostrando la extensión de terreno afectado por la licuación
SITIO 4
SITIO 3
SITIO 6
3 Sitios a lo
largo del Río
Avon
Programa de Prueba
1 T-REX
2 Explosivos

27. Zonas de Prueba de Mejoramiento de Suelo
T-REX de UT-Austin Mediciones
CPT
Vs
ru %
γ %

28. Zonas de Prueba de Mejoramiento de Suelo
Resultados
Compactación Rápida
• Valores qc-CPT mayores a suelo in-situ
• Valores de Vs y Gmax tienen mínimo incremento.
Geopier® Raps
• El Módulo de Rigidez de Baja Deformación Gmax compuesto
(medido a través de elemento Geopier-Impact) incrementa un
130% en arenas.
Inyecciones de Compactación
• El sistema de Inyección de Compactación NO induce incremento
de qc-CPT.
• Las mediciones de Vs dentro del suelo tratado con Inyección de
Compactación muestran una REDUCCIÓN en sus valores con
respecto a las Vs del suelo in-situ. (S. van Ballegooy, J.N. Roberts,
K.H. Stokoe, B.R. Cox, F.J. Wentz, S. Hwang, 2015)

29. • Aumento de la densidad y Vs provee un aumento en rigidez de corte resultando en menor incremento en
exceso de presión de poros.
p
0
1
2
3
4
5
6
0.001 0.01 0.1 1
Log10 scale g (%)
Maximum Cyclic Strain at 15kPa applied Cyclic Stress
Natural Soil (Un-Improved) RAP Improved Soil
Deformaciones cortantes en
zonas de RAPs = ½ aquellas
en suelo no-tratados
sugiriendo un 200% de
aumento en el CRR
Diseño Geopier® y beneficios
• La Deformación Máxima por Esfuerzos Cíclicos de Corte γ en la zona mejorada con Geopier-Impact, se reduce en un
60-80% para cada nivel de esfuerzo cortante aplicado con respecto al suelo in-situ.
• La deformación máxima por esfuerzos cíclicos de corte γ en la zona de RIP e Inyección de Compactación es similar a la
deformación del suelo in-situ. (S. van Ballegooy, J.N. Roberts, K.H. Stokoe, B.R. Cox, F.J. Wentz, S. Hwang, 2015)

30. Sitios de pruebas con varios métodos de mejoramiento de suelo
sujetos a ensayos con explosivos (Blast)
Blast 4
Blast 5 & 7
Blast 1 Blast 3
Blast 2
Practice
blast
Blast 6
Razón de Área de Remplazo
Geopier® RAP 8%
Zonas de Prueba de Mejoramiento de Suelo

31. Sitios de pruebas con varios métodos de mejoramiento de suelo
sujetos a ensayos con explosivos (Blast)
Zonas de Prueba de Mejoramiento de Suelo
Suelo In-situ
Compactación rápida
Inyecciones de Compactación
Geopier® RAP

32. Diseño Geopier® y beneficios
L. M. Wotherspoon1, B.R. Cox2, K.H. Stokoe II3,
D.J. Ashfield4, R.A. Phillips5
Columnas de grava c/Vibrolanza VS GEOPIER
RAPS
Columnas de grava
Diam.= 0.68m
Espac.= 1.7m c-c
ARR= 15.1%
GEOPIER® RAP
Diam.= 0.60m
Espac.= 2m c-c
ARR= 8.5%

33. Diseño Geopier® y beneficios
L. M. Wotherspoon1, B.R. Cox2, K.H. Stokoe II3,
D.J. Ashfield4, R.A. Phillips5
Columnas de grava c/Vibrolanza VS Geopier RAPS
Columnas de grava
Diam.= 0.68m
Espac.= 1.7m c-c
ARR= 15.1%
ΔVs = 50m/s
ΔGmax = 70%
GEOPIER® RAP
Diam.= 0.60m
Espac.= 2m c-c
ARR= 8.5%
ΔVs = 115m/s
ΔGmax = 200%

34. Composite Average
ML
SM
SP-SM
Contenido de Finos (FC%)
0 50 100
0
1
2
3
4
5
6
Profundidad
(m)
Resitencia del Cono (MPa)
0 4 8 12 16 20
Crosshole Vs (m/s)
50 100 150 200 250
10% aumento en el suelo
matriz del Vs = 20%
aumento en G y CRR
25% aumento en el Vs
compuesto = 60%
aumento en G y CRR
RAP Depth
Arenas: Resistencia a la licuación aumentada por un
incremento en la densidad (Resistencia en punta del CPT
aumentada)
Limos: Resistencia a la licuación aumentada por
incremento de esfuerzos laterals (Ko) y rigidez
aumentada (aumento en velocidad de onda de corte Vs)
Diseño Geopier® y beneficios

35. Ensayos de Explosivos para Inducir Licuación en 2018, Italia
Italia
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia

36. Suelo SM In-Situ
Licuación de Suelos en Italia
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia
Suelo SM con Geopier®

37. 38
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia

38. 39
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia

39. Natural
panel
Improved
panel
Sand boil
(typical)
Área Mejorada con Impact
• qt aumentó en SM
• No se licuó el suelo
• Ru < 0.7
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia

40. Asentamiento estimado incluyendo densificación: 5cm (2”)
Asentamiento observado: 2.5cm (1”) solamente …
CL
SM
Ensayos Geopier® Escala Real / Experiencia

41. Beneficios del Mejoramiento de Suelos con Geopier®:
1. Densificación en lo posible
2. Los elementos RAP rígidos reducen aun más la licuación
3. Beneficios adicionales pueden lograrse mediante
- Incremento de esfuerzos laterales
- Rigidez compuesta aumentada
- Drenaje
Respuesta Post-sismo
Vs (m/s)
Beneficios de Mejoramiento de Suelos con Geopier®

42. • Seed normalized τ by σv’ to get
CRR
• CRR is really dependent on σm’
σm’=
𝜎𝑣′+2𝜎ℎ′
3
• Industry standard is to assume
Ko = 0.5 in samples
σm’= 0.67σv’
• Use Ko’ = Ko * 1.4
σm’= 0.8σv’
(20% increase)
• τ is linear with σm’
CRR’ = CRR * 1.2
CRR’
CRR
Geopier’s Induced Confining Stresses
Increases the FS by 1.2
Densification Ko
Geopier® design and benefits

43. dliqn dmejorado, liqn drigidez, liqn
Con Mejora usando RAPs ahora podemos:
1. Proveer una costra no-licuable en lo posible.
2. Reducir el asentamiento total y diferencial a unos niveles
aceptables de Diseño a Base de Desempeño.
3. Reducción del Riesgo de Licuación Costo-Efectivo.
Beneficios de Mejoramiento de Suelos con Geopier®

44. Mitigación de Licuación de Suelos
CSR
M7.5
N 1,60cs
0 10 20 30 40 50
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
No
Licuación
Licuación
CRR
FS = CRR
CSRM7.5
Reducción
Esfuerzos de
Corte Densificación & Incr.
Esfuerzos Laterales

45. ¿Preguntas?
geopier.com
soilsolution.com