IJkdijk

El IJkdijk es una instalación en los Países Bajos para probar diques y desarrollar tecnologías de redes de sensores para sistemas de alerta temprana . Además, la red de sensores podrá detectar numerosos factores ambientales relacionados con el agua que afectan la salud humana, como la contaminación y los cambios biológicos. También se detectan desastres en ríos y aguas costeras.

En los estudios sobre la estabilidad de los diques, se destruirán aproximadamente ochenta diques para establecer, en última instancia, una relación entre las lecturas de los sensores y el futuro del dique. De ahí el nombre (en neerlandés) IJkdijk, que suena bien: dijk = dique e ijk proviene de la palabra neerlandesa ijken = calibrar (modelos). Claramente, el objetivo más urgente es predecir las fallas de los diques. Contrariamente a la creencia popular, la mayoría de los desastres con diques ocurren porque están demasiado húmedos y no porque sean demasiado bajos. Otra causa importante de fallas en los diques son las corrientes de agua que fluyen a través de ellos, destruyéndolos, por erosión , desde el interior. Un sistema de detección de estos mecanismos de falla podría ser más económico y seguro que la alternativa: sobredimensionar los diques añadiendo más arcilla. Dado que las mejoras en los diques son muy costosas, por ejemplo, 500 euros por metro, hay suficiente margen financiero para pagar el sistema de sensores. El IJkdijk también aumentará la comprensión geofísica del comportamiento de los diques. Un mejor conocimiento de los diques, plasmado en un sistema de alerta temprana basado en sensores, evita sobredimensionamientos innecesarios y costosos. Esto representa una buena noticia tanto para los propietarios de los millones de kilómetros de diques existentes como para los promotores de los millones de kilómetros que se construirán en el futuro.

Las innovaciones en la construcción de diques no son un lujo. Ante el cambio climático previsto, el hundimiento del terreno, el aumento del valor económico de las zonas bajas como consecuencia de la prosperidad económica y la menor aceptación de las catástrofes por parte de la población, muchos países del mundo necesitan invertir considerablemente en protección contra inundaciones para mantener el riesgo en un nivel aceptable. En particular, los países en desarrollo buscan nuevos terrenos para vivienda e industria, que suelen estar cerca de los ríos. En este contexto, la construcción de diques equivale al crecimiento económico. Dado que las inversiones en diques son del mismo orden de magnitud que las inversiones en desarrollo económico, los países en desarrollo se beneficiarán enormemente de diques más inteligentes, económicos y seguros.

Los avances en tecnología de comunicación y sensores han llegado tan lejos que parece posible utilizar esta nueva tecnología para apoyar eficazmente la gestión y el monitoreo de las obras de protección contra inundaciones de manera económicamente eficiente. Esto abre la puerta a ofrecer alternativas más económicas y mejores que los métodos tradicionales de monitoreo, mantenimiento y mejora de terraplenes. Sin embargo, la mayor parte de la tecnología de sensores desarrollada recientemente aún necesita ser probada en condiciones reales para demostrar su aplicabilidad e idoneidad. Recientemente, se han construido prototipos de sistemas de acondicionamiento de diques que buscan mantenerlos continuamente en óptimas condiciones. Siguiendo la jerga de la comunidad de sensores, denominamos a estos sistemas actuadores.

En muchos casos, la protección contra inundaciones no solo depende de la altura de los terraplenes, sino simplemente de su resistencia. La mayoría de los puntos débiles de los terraplenes colapsan por falta de estabilidad o erosión interna, más que por inundaciones. La clave para un mejor aprovechamiento de los terraplenes existentes y, por ende, para la reducción de los riesgos de inundación, reside en encontrar maneras de determinar con alta precisión los procesos que debilitan su resistencia. El sistema debe ser capaz de detectar debilidades en decenas de miles de kilómetros de terraplenes.

La determinación de los procesos de falla de los terraplenes sigue siendo un campo de investigación en desarrollo. Es evidente que la resistencia de los terraplenes depende de un gran número de parámetros difíciles de determinar. Existen métodos de cálculo para la resistencia de los terraplenes, pero parece haber una incertidumbre significativa, o una brecha, entre la resistencia calculada y la real. Debido a las enormes inversiones involucradas y al aumento de los costos de mantenimiento y gestión para las juntas regionales de agua, esta situación es muy insatisfactoria. Se necesitan experimentos sistemáticos para calibrar los modelos. Esto permite diseñar terraplenes con el tamaño adecuado. Además, un objetivo primordial del diseño es que los modelos, alimentados con datos en tiempo real de sensores en los diques, calculen el comportamiento futuro a corto y largo plazo del sistema de terraplenes. Lo más importante es que pueden informar si existen problemas de seguridad inmediatos.

El IJkdijk («Dique de Calibración» o «Terraplén») es una iniciativa de los institutos de investigación TNO ICT y Deltares , la fundación de investigación de la Junta Nacional de Aguas de los Países Bajos STOWA (Stichting Toegepast Onderzoek Waterschappen), y las agencias de desarrollo regional NOM (Investerings- en Ontwikkelingsmaatschappij voor Noord-Nederland) e IDL. El plan surgió para construir terraplenes de prueba que permitan la evaluación sistemática de diversos tipos de nuevas tecnologías de sensores, actuadores y comunicaciones, tanto durante la construcción como a lo largo de toda la vida útil del terraplén. Los terraplenes y la infraestructura de datos correspondiente están configurados de tal manera que garantizan la posibilidad de probar cualquier tecnología futura. Además, el IJkdijk es un entorno de innovación abierta donde se ha invitado a empresas a participar en los experimentos. Actualmente, hay alrededor de 50 empresas inscritas.

El IJkdijk permite someter los terraplenes a esfuerzos excesivos hasta su fallo utilizando métodos diversos y realistas de forma controlada y reproducible. Esto proporcionará conocimiento sobre:

• Tecnología de sensores, actuadores y comunicaciones para la monitorización de terraplenes;
• Mayor conocimiento geofísico de los mecanismos de falla y modelos informáticos que pronostican estos mecanismos de falla;
• la viabilidad práctica y económica de los sistemas probados para su uso en aplicaciones a gran escala;
• tecnologías para sensores, actuadores y tecnología de comunicación a gran escala que dan soporte a las tecnologías GEOSS ;

De este modo, el proyecto IJkdijk proporciona información valiosa y tecnologías prácticas para las organizaciones que se ocupan de la gestión del agua, como por ejemplo las juntas regionales de agua y el departamento nacional de obras públicas, en cualquier parte del mundo.

Varias tecnologías nuevas (de sensores) pueden contribuir a una determinación más precisa, económica y/o rápida de los parámetros relevantes en los diversos procesos que pueden provocar la falla del terraplén, lo que resulta en una mejor comprensión de la resistencia real y el nivel de protección actual del terraplén, y permite tomar medidas de manera más oportuna y específica para cada ubicación. Esto es de gran importancia. Monitoreo intensivo de la resistencia:

• reduce el costoso sobredimensionamiento de los refuerzos de los terraplenes o, como alternativa, el ensanchamiento y la profundización del sistema fluvial;
• Permite una toma de decisiones transparente y reproducible durante calamidades inminentes;
• permite determinar con mayor precisión la eficacia de las tecnologías de refuerzo innovadoras;
• aumenta la precisión de los resultados de las evaluaciones periódicas de seguridad de los terraplenes, como la evaluación de seguridad quinquenal que se realiza en los Países Bajos conforme a la legislación neerlandesa, proporcionando una imagen actualizada de la situación real de seguridad;
• puede contribuir a establecer las prioridades y la eficacia de medidas como las obras de realineación fluvial que se están preparando actualmente para el sistema fluvial del Bajo Rin en los Países Bajos.

Existe una creciente necesidad de nuevos métodos para medir los diversos parámetros clave relacionados con la seguridad de los terraplenes. Si bien ya existen soluciones, otras nuevas se encuentran en desarrollo.

Si bien existe una creciente necesidad de una forma más continua y objetiva de medir y monitorear, al mismo tiempo, el conocimiento es insuficiente para evaluar la idoneidad de las tecnologías actuales. Esto se debe a varias razones:

• No existen criterios de selección generalmente aceptados para la aplicación de una tecnología específica;
• La mayoría de las tecnologías disponibles pueden tener un historial comprobado en condiciones de laboratorio o en campos diferentes de aquellos en los que operan las juntas regionales de agua, pero no tienen un historial en situaciones reales de campo relevantes para dichas juntas;
• Con frecuencia, las juntas de abastecimiento de agua de los distritos carecen de suficiente claridad sobre la rentabilidad práctica de las diferentes tecnologías y sistemas: ¿qué rendimiento generará esta inversión?
• Existe una necesidad generalizada entre las juntas regionales de gestión del agua, pero la necesidad real aún no se ha concretado.

Ante la brecha existente entre los proveedores de tecnologías para diques, por un lado, y las juntas regionales de gestión del agua, por otro, se está creando el centro de pruebas de IJkdijk. Este laboratorio de campo muestra y evalúa tecnologías para organismos de gestión del agua. Además, los nuevos conocimientos sobre los procesos geofísicos de los diques y sus sistemas de monitorización pueden traducirse en acciones bien fundamentadas, diseños de diques y una planificación de mantenimiento precisa.

Los objetivos del proyecto IJkdijk son:

1. Estudiar la aplicabilidad de las tecnologías de sensores en situaciones de campo controladas para la inspección y el monitoreo de las defensas contra inundaciones realizadas por las juntas de agua;
2. Desarrollar conocimientos sobre el desarrollo de mecanismos de falla de terraplenes mediante el uso de tecnologías de sensores aplicables para desarrollar un sistema de alerta para terraplenes, diques y presas;
3. Utilizar tecnologías de sensores para investigar con el mayor detalle posible el estado actual de los terraplenes a lo largo de miles de kilómetros.
4. Para estimular las perspectivas comerciales de las empresas que participan en el proyecto.

Las empresas se centrarán en el desarrollo de las tecnologías, mientras que las instituciones de investigación se concentrarán en la generación de conocimiento. Los mecanismos de fallo que se supervisarán serán fundamentales para el proyecto.

En una sesión de intercambio de ideas con varios expertos de las juntas regionales de agua, el departamento de obras públicas y las autoridades de inspección, se formularon las siguientes preguntas desde el punto de vista de los organismos de gestión del agua:

• ¿Qué procesos tienen lugar dentro de los terraplenes y cuáles son sus efectos sobre los posibles mecanismos de fallo?
• ¿Cuáles son los parámetros indicativos y cuál es la relación entre estos parámetros y la aparición de un mecanismo de fallo?
• ¿Qué acciones decisivas pueden distinguirse cuando una calamidad es inminente?
• ¿Qué tecnologías son adecuadas para medir los parámetros indicativos en terraplenes existentes? ¿Cómo elegir entre las tecnologías disponibles? ¿Cuál debería ser la intensidad espacial y la frecuencia de las mediciones?
• ¿Cuáles son los costes y beneficios de la implementación de nuevas tecnologías de monitorización?

En la fase inicial del proyecto, estas cuestiones se abordarán y se convertirán en experimentos que se llevarán a cabo.

El IJkdijk proporciona la infraestructura necesaria para conectar diversos sistemas de sensores y actuadores. Les suministra energía y medios de comunicación fijos e inalámbricos. Además, cuenta con un sistema de cámaras y un monitor meteorológico para complementar las observaciones.

La infraestructura se desarrolla en varias fases, lo que permite flexibilidad y, sobre todo, la posibilidad de aprender y mejorar. Inicialmente, solo se implementará la infraestructura para realizar los primeros experimentos y las mediciones de referencia, y la infraestructura de red necesaria para la conexión de los sensores en experimentos posteriores. Se consideran los siguientes aspectos:

• Una plataforma de aplicaciones con varias aplicaciones básicas ( visualización SIG , funciones de mando y control, ...);
• Una infraestructura multipartita para la adquisición , publicación y análisis de datos;
• Una red regular para los sensores permanentes;
• Los sensores permanentes;
• Puntos de acceso a la red para los sensores específicos del experimento. Estos se basarán tanto en tecnología de red cableada como inalámbrica;
• Una fuente de energía.

Con el tiempo, la infraestructura se irá ampliando en función de las necesidades y requisitos de los experimentos que se vayan a realizar. La siguiente figura muestra una vista en planta del emplazamiento con la distribución espacial de los elementos más grandes previstos hasta el momento.

El objetivo es estudiar sistemáticamente una amplia gama de procesos geofísicos en terraplenes. Inicialmente, se realiza una serie de experimentos utilizando tecnologías previamente aplicadas, como buzos CTD, medidores de flujo y medidores de humedad. Estos se leerán continuamente mediante monitoreo remoto (inalámbrico) a través de una red . Como se indica en la tabla anterior, los experimentos siempre combinan un mecanismo de falla a estudiar, un esquema de carga y varios métodos de medición. Actualmente, se están preparando experimentos relacionados con la estabilidad, la erosión por rebase de olas, el deslizamiento por desbordamiento en estado estacionario y la erosión interna ( tubería ).

Además de los experimentos destinados a profundizar en el conocimiento de los mecanismos de fallo, también se realizarán experimentos más específicos para probar nuevas tecnologías de sensores y su relevancia para la gestión de la protección contra inundaciones. En conjunto, ambos tipos de experimentos contribuirán sustancialmente a la eficacia y eficiencia de los diques, tanto en los Países Bajos como en el extranjero.

El dique que colapsó el sábado 27 de septiembre a las 16:02 h formaba parte de un experimento que recopilaba datos sobre la estabilidad de los diques. Además, se probaron varios sistemas de sensores durante el experimento. Se obtuvo más de un terabyte de datos, un conjunto de datos único a nivel mundial . El experimento representó el primer éxito científico del IJkdijk.

El dique tenía aproximadamente 100 m de largo, 30 m de ancho y 6 m de alto, y consistía en un núcleo de arena blanca y una capa de arcilla. Se instaló un sistema de drenaje en la base del núcleo de arena, que permitía añadir o extraer agua. Se colocaron contenedores sobre el dique, que posteriormente se llenarían de agua. El subsuelo se cartografió cuidadosamente, mientras que el dique contenía numerosos sistemas de sensores, tanto probados como experimentales. Además, el dique fue monitoreado cuidadosamente desde el exterior mediante sistemas lidar y cámaras visuales e infrarrojas, y, por supuesto, por numerosas personas. Una vez finalizado el dique, el viernes 26 de septiembre, se excavó una zanja en el suelo y el subsuelo. Dieciséis horas después, a las 08:00 h del sábado 27 de septiembre de 2008, el nivel del agua en el dique aumentó. A las 16:02 h, el dique colapsó.

• https://web.archive.org/web/20100430033353/http://www.ijkdijk.nl/
• https://www.youtube.com/watch?v=lwBrJi9ly5c (¡Destrucción del dique de 100 m en el experimento de macroestabilidad!)
• http://www.urbanflood.eu

53°08′58″N 7°11′24″E / 53.149499°N 7.189865°E / 53.149499; 7.189865