Dique

Un dique ( / ˈ l ɛ v i / o / ˈ l ɛ v eɪ / ), ^{[ a ] ​​[ 1 ]} es una cresta elevada junto a las orillas de un río , a menudo destinada a proteger contra las inundaciones del área adyacente al río. Alternativamente, se le llama dique ( inglés americano ), dyke ( inglés de la Commonwealth ), banco de inundación o banco de contención . Es un tipo de terraplén . Un dique, natural o artificial, suele ser de tierra y a menudo corre paralelo al curso de un río en su llanura aluvial o a lo largo de costas bajas. ^{[ 2 ]}

Tras las inundaciones , se forman diques naturales en las llanuras aluviales de los ríos . Los sedimentos y el aluvión se depositan en las riberas y se asientan, formando una cresta que aumenta la capacidad del cauce. La forma del dique se debe a que la carga más gruesa del río se deposita inmediatamente junto al cauce a medida que el agua pierde velocidad durante la inundación, mientras que los sedimentos progresivamente más finos se asientan más adelante en la llanura aluvial a cada lado del cauce, creando una pendiente suave a cada lado del cauce en forma de U. Alternativamente, los diques pueden construirse artificialmente con relleno , diseñados para regular los niveles de agua. En algunos casos, los diques artificiales pueden ser perjudiciales para el medio ambiente . ^{[ 3 ]}

Las antiguas civilizaciones del valle del Indo , el antiguo Egipto, Mesopotamia y China construyeron diques. Hoy en día, se pueden encontrar diques en todo el mundo, y las fallas de los diques debido a la erosión u otras causas pueden ser grandes desastres, ^{[ 4 ]} como las catastróficas fallas de los diques de 2005 en el área metropolitana de Nueva Orleans que ocurrieron como resultado del huracán Katrina .

La palabra «levee» , preferida por los hablantes de inglés americano , proviene de la palabra francesa «levée» (del participio pasado femenino del verbo francés «lever », «elevar»). Está documentada en Nueva Orleans pocos años después de la fundación de la ciudad en 1718 y posteriormente fue adoptada por los angloparlantes. ^{[ 5 ]} El latín «levata » (participio pasado femenino de «levare ») se utiliza por primera vez con el significado de «levee» en un documento de 954 que hace referencia a un estanque cerca de Bagnolo di Po creado por un dique sobre el cual discurría un camino. El verbo «levare» se utilizaba con el significado de desviar agua para un molino ya en 778, cuando el duque Hildeprando de Spoleto concedió un canal al obispo Guicpert de Rieti para la construcción de un molino. ^{[ 6 ]} El nombre deriva de la característica de que las crestas del dique se elevan más que el canal y las llanuras aluviales circundantes.

La palabra moderna dique o terraplén probablemente deriva de la palabra neerlandesa dijk , cuya construcción está bien documentada desde el siglo XI. El Omringdijk de Frisia Occidental , de 126 kilómetros (78 millas) de longitud y terminado hacia 1250, se formó conectando diques preexistentes. El cronista romano Tácito menciona que los rebeldes bátavos perforaron los diques para inundar sus tierras y proteger su refugio (70 d. C. ). ^{[ 7 ]} La palabra dijk originalmente indicaba tanto la zanja como el terraplén . Guarda un estrecho paralelismo con el verbo inglés " to dig" (cavar) . ^{[ 8 ]}  

En anglosajón , la palabra «dic» ya existía y se pronunciaba como «dick» en el norte de Inglaterra y como «ditch» en el sur. Al igual que en neerlandés, el origen inglés de la palabra radica en cavar una zanja y formar un terraplén con la tierra extraída. Esta práctica ha hecho que el nombre pueda referirse tanto a la excavación como al terraplén. Así, el Dique de Offa es una estructura combinada y el Dique de Car es una zanja, aunque antiguamente también tenía terraplenes elevados. En las Midlands inglesas y Anglia Oriental , un dique es lo que un foso es en el sur de Inglaterra: un marcador de límites de propiedad o un canal de drenaje. Cuando transporta un arroyo, puede llamarse dique corrido, como en el Dique Corredo de Rippingale , que lleva el agua desde el desagüe de captación , el Dique de Car, hasta el desagüe de South Forty Foot en Lincolnshire (TF1427). El Dique de Weir es un dique de absorción en Bourne North Fen , cerca de Twenty y junto al río Glen , Lincolnshire. En los Norfolk and Suffolk Broads , un dique puede ser una zanja de drenaje o un canal artificial estrecho que se desprende de un río o laguna para acceso o amarre; algunos diques más largos reciben nombres, por ejemplo, Candle Dyke. ^{[ 9 ]}

En algunas partes de Gran Bretaña , particularmente en Escocia y el norte de Inglaterra , un dique puede ser un muro de contención de un campo, generalmente construido con piedra seca .

El objetivo principal de los diques artificiales es prevenir las inundaciones en las zonas rurales colindantes y ralentizar los cambios naturales del curso de un río para garantizar rutas marítimas seguras para el comercio a lo largo del tiempo; además, limitan el caudal del río, lo que resulta en un flujo de agua más alto y rápido. Los diques se encuentran principalmente a lo largo del mar, donde las dunas no son lo suficientemente resistentes, a lo largo de los ríos para protegerlos de grandes inundaciones, a lo largo de lagos o pólderes . Asimismo, se han construido diques con fines de impoldamiento o como límite de una zona inundable. Esto último puede ser una inundación controlada por el ejército o una medida para prevenir la inundación de una zona más extensa rodeada de diques. También se han construido diques como límites de campos y como defensas militares . Para más información sobre este tipo de diques, consulte el artículo sobre muros de piedra seca .

Los diques pueden ser obras de tierra permanentes o construcciones de emergencia (a menudo de sacos de arena ) levantadas apresuradamente en caso de inundación.

Algunos de los primeros diques fueron construidos por la civilización del valle del Indo (en Pakistán y el norte de la India desde aproximadamente el 2600 a. C. ), de los cuales dependía la vida agraria de los pueblos de Harappa. ^{[ 10 ]} También se construyeron diques hace más de 3000 años en el antiguo Egipto , donde se erigió un sistema de diques a lo largo de la margen izquierda del río Nilo por más de 1000 kilómetros (600 millas) , desde la actual Asuán hasta el delta del Nilo en las costas del Mediterráneo . Las civilizaciones mesopotámicas y la antigua China también construyeron grandes sistemas de diques. ^{[ 11 ]} Dado que un dique es tan fuerte como su punto más débil, la altura y los estándares de construcción deben ser uniformes a lo largo de su extensión. Algunos expertos han argumentado que esto requiere una autoridad gubernamental fuerte que guíe el trabajo y puede haber sido un catalizador para el desarrollo de sistemas de gobierno en las primeras civilizaciones. Sin embargo, otros señalan la existencia de obras de tierra a gran escala para el control del agua, como canales o diques, que datan de antes del rey Escorpión en el Egipto predinástico , época en la que el gobierno estaba mucho menos centralizado.

Otro ejemplo de dique histórico que protegía la creciente ciudad-estado de Mēxihco-Tenōchtitlan y la vecina ciudad de Tlatelōlco, fue construido a principios del siglo XV bajo la supervisión del tlahtoani del altepetl Texcoco, Nezahualcoyotl. Su función era separar las aguas salobres del lago Texcoco (ideales para la técnica agrícola Chināmitls ) del agua potable que abastecía a los asentamientos. Sin embargo, tras la destrucción de Tenochtitlan por los europeos, el dique también fue destruido y las inundaciones se convirtieron en un grave problema, lo que provocó el drenaje de la mayor parte del lago en el siglo XVII.

Los diques se construyen generalmente apilando tierra sobre una superficie nivelada y despejada. Anchos en la base, se estrechan hasta una parte superior nivelada, donde se pueden colocar terraplenes temporales o sacos de arena. Debido a que la intensidad de la descarga de las inundaciones aumenta en los diques en ambas orillas del río , y a que los depósitos de limo elevan el nivel de los lechos fluviales , la planificación y las medidas auxiliares son vitales. A menudo, las secciones se retranquean del río para formar un canal más ancho, y las cuencas de los valles de inundación se dividen mediante múltiples diques para evitar que una sola brecha inunde una gran área. Un dique hecho de piedras colocadas en hileras horizontales con una capa de césped delgado entre cada una de ellas se conoce como spetchel .

Los diques artificiales requieren una ingeniería considerable. Su superficie debe protegerse de la erosión, por lo que se planta vegetación como el pasto bermuda para compactar la tierra. En el lado terrestre de los diques altos, se suele añadir una terraza baja de tierra, conocida como banqueta , como medida adicional contra la erosión. En el lado del río, la erosión causada por las fuertes olas o corrientes representa una amenaza aún mayor para la integridad del dique. Los efectos de la erosión se contrarrestan plantando vegetación adecuada o instalando piedras, cantos rodados, esteras lastradas o revestimientos de hormigón . Se construyen zanjas o tuberías de drenaje separadas para asegurar que la base no se inunde.

prevención de inundaciones fluviales

Se han construido importantes sistemas de diques a lo largo de los ríos Misisipi y Sacramento en Estados Unidos , y en los ríos Po , Rin , Mosa , Ródano , Loira , Vístula , el delta formado por el Rin, el Mosa/Mosa y el Escalda en los Países Bajos y el Danubio en Europa . Durante el período de los Reinos Combatientes en China , el sistema de irrigación de Dujiangyan fue construido por la dinastía Qin como un proyecto de conservación del agua y control de inundaciones. La infraestructura del sistema se encuentra en el río Min , el afluente más largo del río Yangtsé , en Sichuan , China .

El sistema de diques del Misisipi representa uno de los sistemas más grandes de este tipo que se encuentran en cualquier parte del mundo. Comprende más de 5600 km (3500 mi) de diques que se extienden unos 1000 km (620 mi) a lo largo del Misisipi, desde Cabo Girardeau , Misuri , hasta el delta del Misisipi . Fueron iniciados por colonos franceses en Luisiana en el siglo XVIII para proteger la ciudad de Nueva Orleans . ^{[ 12 ]} Los primeros diques de Luisiana tenían unos 90 cm (3 pies) de altura y cubrían una distancia de unos 80 km (50 mi) a lo largo de la ribera del río. ^{[ 12 ]} El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos, junto con la Comisión del Río Misisipi, extendió el sistema de diques a partir de 1882 para cubrir las riberas del río desde Cairo, Illinois, hasta la desembocadura del delta del Misisipi en Luisiana. ^{[ 12 ]} A mediados de la década de 1980, habían alcanzado su extensión actual y tenían una altura promedio de 7,3 m (24 pies) ; Algunos diques del Misisipi alcanzan los 15 m (50 pies) de altura . Además, el sistema de diques del Misisipi incluye algunos de los diques individuales continuos más largos del mundo. Uno de ellos se extiende hacia el sur desde Pine Bluff , Arkansas , a lo largo de unos 610 km (380 millas) . La magnitud y la escala de los diques del Misisipi se han comparado a menudo con la Gran Muralla China . ^{[ 13 ]}              

El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE) recomienda y apoya la tecnología de confinamiento celular (geoceldas) como una práctica de gestión óptima. ^{[ 14 ]} Se presta especial atención a la erosión superficial, la prevención de desbordamientos y la protección de la cresta del dique y la pendiente aguas abajo. El refuerzo con geoceldas proporciona resistencia a la tracción del suelo para una mayor resistencia a la inestabilidad.

Los diques artificiales pueden provocar, con el tiempo, una elevación del lecho natural del río. La ocurrencia y la velocidad de este fenómeno dependen de diversos factores, entre ellos la cantidad y el tipo de sedimentos que transporta el río. Los ríos aluviales con una intensa acumulación de sedimentos tienden a presentar este comportamiento. Ejemplos de ríos donde los diques artificiales provocaron una elevación del lecho, incluso hasta el punto de que este se encuentra por encima del terreno adyacente detrás de los diques, son el río Amarillo en China y el Misisipi en Estados Unidos.

Tanto los diques naturales como los artificiales pueden fallar de diversas maneras. Entre los factores que provocan la falla de un dique se incluyen el desbordamiento, la erosión, las fallas estructurales y la saturación del dique. La falla más frecuente (y peligrosa) es la rotura del dique . En este caso, una parte del dique se rompe o se erosiona, dejando una gran abertura por donde el agua puede inundar terrenos que, de otro modo, estarían protegidos por el dique. Una rotura puede ser una falla repentina o gradual, causada por la erosión superficial o por la debilidad del subsuelo del dique. Una rotura puede dejar un depósito de sedimentos en forma de abanico que se extiende desde la rotura, conocido como abanico de grieta . En los diques naturales, una vez que se produce una rotura, el hueco permanece hasta que se rellena mediante procesos de construcción de diques. Esto aumenta las probabilidades de que se produzcan futuras roturas en el mismo lugar. Las roturas pueden ser el punto de corte de meandros si la dirección del flujo del río se desvía permanentemente a través del hueco.

En ocasiones, se dice que los diques ceden cuando el agua sobrepasa su cresta. Esto provoca inundaciones en las llanuras aluviales, pero como no daña el dique, tiene menos consecuencias para futuras inundaciones.

Entre los diversos mecanismos de falla que causan rupturas de diques, la erosión del suelo se encuentra como uno de los factores más importantes. Predecir la erosión del suelo y la generación de socavación cuando ocurre el desbordamiento es importante para diseñar diques y muros de contención estables . Se han hecho numerosos estudios para investigar la erosionabilidad de los suelos. Briaud et al. (2008) ^{[ 20 ]} utilizaron la prueba del Aparato de Función de Erosión (EFA) para medir la erosionabilidad de los suelos y luego, utilizando el software Chen 3D, se realizaron simulaciones numéricas en el dique para encontrar los vectores de velocidad en el agua de desbordamiento y la socavación generada cuando el agua de desbordamiento impacta el dique. Al analizar los resultados de la prueba EFA, se desarrolló un gráfico de erosión para categorizar la erosionabilidad de los suelos. Hughes y Nadal en 2009 ^{[ 21 ]} estudiaron el efecto de la combinación de desbordamiento de olas y desbordamiento de marejada ciclónica en la erosión y generación de socavación en diques. El estudio incluyó parámetros hidráulicos y características del flujo, como el espesor del flujo, los intervalos de las olas y el nivel de sobreelevación por encima de la coronación del dique, para analizar el desarrollo de la erosión. Según las pruebas de laboratorio, se derivaron correlaciones empíricas relacionadas con el caudal promedio de desbordamiento para analizar la resistencia del dique a la erosión. Estas ecuaciones solo se ajustan a la situación descrita en las pruebas experimentales, si bien pueden proporcionar una estimación razonable si se aplican a otras condiciones.

Osouli et al. (2014) y Karimpour et al. (2015) realizaron modelos físicos a escala de laboratorio de diques para evaluar la caracterización de puntuaciones de diferentes diques debido al desbordamiento de muros de contención. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Otro método aplicado para prevenir fallas en los diques es la tomografía de resistividad eléctrica (TRE). Este método geofísico no destructivo permite detectar con anticipación áreas críticas de saturación en los terraplenes. Por lo tanto, la TRE puede utilizarse para monitorear fenómenos de filtración en estructuras de tierra y actuar como un sistema de alerta temprana, por ejemplo, en partes críticas de diques o terraplenes. ^{[ 24 ]}

En Estados Unidos, las tolerancias de los diques y muros de contención suelen expresarse como un nivel de porcentaje de excedencia, donde una probabilidad anual de inundación inferior al 1 % indica una protección que prevé que se producirá menos de una inundación en 100 años. ^{[ 25 ]}

Los diques fluviales naturales formados por sedimentos depositados por las inundaciones y los diques artificiales limitan los pulsos de inundación y la deposición recurrente de nutrientes, materia orgánica y sedimentos en las llanuras aluviales circundantes ^{[ 26 ]} y los humedales ^{[ 27 ]} . Los diques pueden reducir la deposición de sedimentos en las llanuras de inundación, lo que provoca erosión costera y pérdida de tierras ^{[ 27 ]} . Estudios realizados en terrenos donde se han eliminado los diques han observado aumentos en los hábitats ribereños y la biodiversidad ^{[ 26 ] .}

Al confinar el agua, los diques aceleran y canalizan los pulsos de descarga de las crecidas que, de otro modo, se extenderían por una amplia llanura aluvial. Estos pulsos pueden ser capturados y parcialmente compensados ​​por presas y embalses artificiales . ^{[ 25 ]} Estos presentan sus propias consecuencias ecológicas y para la navegabilidad de los ríos. El aumento de la canalización y la reducción general del área de la llanura aluvial amplifican la magnitud de las inundaciones en las tormentas de mayor impacto, lo que requiere aún más ingeniería para compensar. ^{[ 28 ]}

• "El truco de los excavadores de pozos", junio de 1951, artículo de Popular Science sobre cómo los ingenieros de control de inundaciones estaban utilizando un método antiguo para proteger los diques de contención a lo largo de los ríos de las filtraciones que socavaban el dique.
• "Diseño y construcción de diques" Manual de ingeniería del ejército estadounidense EM-1110-2-1913 Archivado el 19 de febrero de 2018 en Wayback Machine
• Manual Internacional de Diques