Modeling the generation and propagation of rain-triggered landslides

Rodríguez Díaz, Andrés Camilo

Publicación:
Modeling the generation and propagation of rain-triggered landslides

dc.contributor.advisor	Ruiz Restrepo, Daniel Felipe
dc.contributor.author	Rodríguez Díaz, Andrés Camilo
dc.coverage.spatial	Medellín de: Lat: 06 15 00 N degrees minutes Lat: 6.2500 decimal degrees Long: 075 36 00 W degrees minutes Long: -75.6000 decimal degrees
dc.creator.email	acrodrigud@eafit.edu.co
dc.date.accessioned	2026-03-24T14:49:16Z
dc.date.available	2026-03-24T14:49:16Z
dc.date.issued	2025-11-28
dc.description	La estabilidad de taludes toma una gran importancia cuando el peligro que se genera implica un riesgo de pérdidas humanas y económicas, teniendo en cuenta que cuando se materializa un proceso morfodinámico existe la posibilidad de que el mismo se comporte como un flujo de lodos y escombros, principalmente cuanto la masa movilizada es de gran volumen y también si este proceso se genera en una zona montañosa o de alta pendiente, pudiéndose encausar la masa de suelo movilizada a través de vaguadas o zonas bajas de la geoforma particular. Actualmente la modelación numérica de este tipo de fenómenos de remoción en masa se ejecuta principalmente por métodos de equilibrio limite y métodos de elementos finitos, sin embargo, dichos métodos cuentan con una gran limitación cuando se trata de la modelación de fenómenos con grandes deformaciones, por ejemplo, el método de los elementos finitos se ve limitado cuando se generan oscilaciones entre los esfuerzos de tensión y compresión, adicionalmente los elementos en los que se ha discretizado la masa de suelos deberán permanecer unidos o el análisis no encontrara convergencia. En esta investigación se propone la modelación de la generación y propagación de un deslizamiento con altas deformaciones detonado por lluvia. La modelación de dicho fenómeno de remoción en masa se proyecta en dos etapas: i) Modelación de una etapa transitoria de lluvia e infiltración con FEM (Finite element method) que permita generar unas condiciones donde no se llegue a convergencia previo a la falla, ii) Exportar los resultados obtenidos del análisis FEM, principalmente presiones de poros y estados de esfuerzos en cada elemento, lo que servirá como condiciones iniciales en un entorno MPM, en el cual se modelará la propagación de la masa que ha entrado en rotura según las características definidas para un talud sintético que simulará una pendiente natural. Para lograr el objetivo se realizó una revisión del estado del conocimiento de las bases numéricas y constitutivas de los métodos a utilizar para las modelaciones, adicionalmente se realizó un sondaje de información en cuanto a la modelación numérica de deslizamientos con altas deformaciones utilizando los dos enfoques mencionados. Posteriormente se definió una geometría para un talud sintético o artificial que permitiera ejecutar las modelaciones proyectadas, para lo cual adicionalmente se seleccionaron datos de lluvia y parámetros del terreno a partir de información existente para el área metropolitana de Medellín y el Valle de Aburrá, en Colombia. Para la selección de datos de lluvia se utilizó un umbral definido por el Sistema de Alerta Temprana de Medellín y el Valle de Aburrá (SIATA), en Colombia, entidad que corresponde a un proyecto para el monitoreo de amenaza y riesgo para la ciudad. Un umbral de lluvia se puede definir de forma simplificada como un límite entre eventos de precipitación que pueden potencialmente detonar movimientos en masa, normalmente combinan datos de lluvia antecedente y lluvia detonante, 90 días y 7 días para el caso del umbral del SIATA. Para fines de esta investigación se optó por seleccionar tres zonas particulares en el umbral mencionado, lo que generó tres diferentes combinaciones de lluvia antecedente con respecto a lluvias detonantes. Finalmente se presentan conclusiones sobre el ajuste que se obtiene con la modelación de este tipo de deslizamientos en dos etapas, aprovechando la eficiencia computacional que puede brindar un análisis FEM en la generación del movimiento en masa y en MPM para la propagación de la masa de suelo en según la topografía particular, destacando las ventajas en el ámbito de gestión del riesgo del uso de información base de bajo costo (umbrales de lluvia) con respecto a elementos de monitoreo tradicionales (inclinómetros, piezómetros).
dc.description.abstract	Slope stability is of great importance when the associated hazard implies a risk of human and economic losses. When a morphodynamic process materializes, there is a possibility that it may evolve into a debris and mudflow, especially when the mobilized mass is large and the phenomenon occurs in mountainous or steeply sloping terrain, where the soil mass may be channeled through watercourses or low-lying areas of the landform. Currently, the numerical modeling of such landslide phenomena is mainly performed using limit equilibrium or finite element methods. However, these approaches present major limitations when dealing with large deformations. For example, the finite element method is constrained when oscillations between tensile and compressive stresses are generated. In addition, the discretized elements must remain connected; otherwise, the analysis fails to converge. This research proposes to model the initiation and propagation of a rain-induced, large-deformation landslide. The modeling is structured in two stages: i) simulation of transient rainfall and infiltration using FEM (Finite Element Method), to generate conditions where convergence cannot be reached before failure; ii) export of the FEM results, mainly pore pressures and stress states for each element, to serve as initial conditions in an MPM (Material Point Method) environment, where the movement of the failed mass is modeled according to the characteristics defined for an idealized slope representing natural conditions. To achieve this objective, a review of the numerical and constitutive bases of the methods was carried out, together with a survey of previous research on the numerical modeling of large-deformation landslides using the two approaches mentioned above. Subsequently, the geometry of an idealized slope was defined to allow predictive modeling. For this purpose, rainfall data and terrain parameters were selected from existing information for the Greater Medellín area and the Aburrá Valley in Colombia. For the rainfall input, thresholds defined by the Early Warning System of Medellín and the Aburrá Valley (SIATA), a local hazard and risk monitoring agency, were used. A rainfall threshold can be defined, in simplified terms, as the boundary between rainfall events that can potentially trigger mass movements, usually combining data on antecedent and triggering rainfall (90-day and 7-day windows in the SIATA case). For this study, three particular threshold scenarios were selected, producing three different combinations of antecedent and triggering rainfall. Finally, conclusions are drawn regarding the adaptation of the two-stage modeling approach for this type of landslide. The methodology takes advantage of the computational efficiency of FEM for simulating the initiation of mass movement, and of MPM for modeling the subsequent propagation of the soil mass across the topography. The study highlights the potential benefits for risk management of using low-cost basic information (rainfall thresholds) as an alternative to traditional and more expensive monitoring instruments such as inclinometers and piezometers.
dc.description.degreelevel	Maestría	spa
dc.description.degreename	Magíster en Ingeniería	spa
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	instname:Universidad EAFIT
dc.identifier.reponame	reponame:Repositorio Institucional Universidad EAFIT
dc.identifier.repourl	repourl:https://repository.eafit.edu.co
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10784/37599
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad EAFIT	spa
dc.publisher.department	Área Ciencias Fundamentales	spa
dc.publisher.faculty	Escuela de Ciencias Aplicadas e Ingeniería	spa
dc.publisher.place	Medellín
dc.publisher.program	Maestría en Ingeniería	spa
dc.rights	Todos los derechos reservados	spa
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.local	Acceso abierto
dc.subject	Deslizamientos
dc.subject	Método de elementos finitos
dc.subject	Método de puntos materiales
dc.subject	Eficiencia computacional
dc.subject	Umbrales de lluvia
dc.subject	Distancia de escurrimiento
dc.subject.keyword	Landslides
dc.subject.keyword	Finite Element Method
dc.subject.keyword	Material Point Method
dc.subject.keyword	Computational efficiency
dc.subject.keyword	Rain Thresholds
dc.subject.keyword	Runoff Distance
dc.subject.lemb	TALUDES (MECÁNICA DE SUELOS)
dc.subject.lemb	RELIEVE TERRESTRE
dc.subject.lemb	DESPRENDIMIENTOS DE TIERRA
dc.subject.lemb	MECÁNICA DE ROCAS - INVESTIGACIONES
dc.subject.lemb	GEOFÍSICA
dc.title	Modeling the generation and propagation of rain-triggered landslides
dc.type	info:eu-repo/semantics/masterThesis
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.coarversion	http://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
dc.type.local	Tesis de Maestría	spa
dc.type.redcol	http://purl.org/redcol/resource_type/TM
dc.type.spa	Artículo
dc.type.version	info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dspace.entity.type	Publication