Dique

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Un dique es una estructura que suele ser de tierra y que a menudo corre paralela al curso de un río en su planicie de inundación o a lo largo de las costas bajas. El propósito de un dique es evitar que cambie el curso de los ríos y proteger contra inundaciones el área contigua al río o la costa. Los diques pueden ser estructuras de crestas naturales que se forman junto a la orilla de un río, o ser un relleno o muro construido artificialmente que regula los niveles de agua. Las antiguas civilizaciones del valle del Indo, el antiguo Egipto, Mesopotamia y China construyeron diques. Hoy en día, los diques se pueden encontrar en todo el mundo y las fallas de los diques debido a la erosión u otras causas pueden ser grandes desastres.

Etimología

Los hablantes de inglés americano (sobre todo en el medio oeste y el sur profundo) usan la palabra levee, de la palabra francesa levée (del participio pasado femenino del verbo francés lever, 'elevar'). Se originó en Nueva Orleans unos años después de la fundación de la ciudad en 1718 y luego fue adoptado por los angloparlantes. El nombre deriva del rasgo de las crestas del dique que se elevan más que el canal y las llanuras aluviales circundantes.

La palabra moderna dique o dique probablemente deriva de la palabra holandesa dijk, con la construcción de diques en Frisia (ahora parte de los Países Bajos y Alemania) bien atestiguada ya en el siglo XI. El Westfriese Omringdijk de 126 kilómetros de largo (78 millas), completado en 1250, se formó conectando diques más antiguos existentes. El cronista romano Tácito menciona que los rebeldes Batavi perforaron diques para inundar su tierra y proteger su retiro (70 EC). La palabra dijk originalmente indicaba tanto la trinchera como el banco. Tiene un estrecho paralelismo con el verbo inglés to dig.

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 holandés, los orígenes en inglés de la palabra se encuentran en la excavación de una zanja y la formación de la tierra levantada en un banco a su lado. Esta práctica ha significado que el nombre se le puede dar a la excavación o al banco. Por lo tanto, Offa's Dyke es una estructura combinada y Car Dyke es una trinchera, aunque una vez también tuvo bancos elevados. En los Midlands ingleses y East Anglia, y en los Estados Unidos, un dique es lo que es una zanja en el sur de Inglaterra, un marcador de límite de propiedad o canal de drenaje. Donde lleva una corriente, puede llamarse dique corriente como en Rippingale Running Dike, que conduce el agua desde el drenaje de agua de captura, Car Dyke, hasta el drenaje South Forty Foot en Lincolnshire (TF1427). El Weir Dike es un dique de inmersión en Bourne North Fen, cerca de Twenty y junto al río Glen, Lincolnshire. En Norfolk y Suffolk Broads, un dique puede ser una zanja de drenaje o un canal artificial angosto de un río o ancho para acceso o amarre, algunos diques más largos reciben nombres, por ejemplo, Candle Dyke.

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

Usos

El objetivo principal de los diques artificiales es evitar la inundación del campo contiguo y frenar los cambios de curso natural en una vía fluvial para proporcionar rutas de navegación confiables para el comercio marítimo a lo largo del tiempo; también limitan el flujo del río, lo que da como resultado un flujo de agua más alto y más rápido. Los diques se pueden encontrar principalmente a lo largo del mar, donde las dunas no son lo suficientemente fuertes, a lo largo de los ríos como protección contra las inundaciones, a lo largo de los lagos oa lo largo de los pólderes. Además, se han construido diques con el propósito de empoldear o como límite para un área de inundación. Este último puede ser una inundación controlada por los militares o una medida para evitar la inundación de un área más grande rodeada de diques. También se han construido diques como límites de campo y como defensas militares. Se puede encontrar más información sobre este tipo de diques en el artículo sobre muros de piedra seca.

Los diques pueden ser movimientos de tierra permanentes o construcciones de emergencia (a menudo de sacos de arena) construidos apresuradamente en una emergencia 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 alrededor del 2600 a. C.) de los que dependía la vida agraria de los pueblos de Harappa. Los diques también se construyeron hace más de 3000 años en el antiguo Egipto, donde se construyó un sistema de diques a lo largo de la margen izquierda del río Nilo durante más de 1000 kilómetros (600 millas), que se extendía desde la moderna Asuán hasta el delta del Nilo en las orillas del río Nilo. Mediterráneo. Las civilizaciones mesopotámicas y la antigua China también construyeron grandes sistemas de diques.Debido a que un dique es tan fuerte como su punto más débil, la altura y los estándares de construcción deben ser consistentes a lo largo de su longitud. Algunas autoridades han argumentado que esto requiere una fuerte autoridad de gobierno para guiar el trabajo y puede haber sido un catalizador para el desarrollo de sistemas de gobierno en las primeras civilizaciones. Sin embargo, otros apuntan a la evidencia de obras de tierra para el control del agua a gran escala, como canales y/o diques que datan de antes del Rey Escorpión en el Egipto predinástico, durante el cual el gobierno estaba mucho menos centralizado.

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

Los diques generalmente se construyen amontonando tierra sobre una superficie nivelada y despejada. Anchas en la base, se estrechan hacia una parte superior nivelada, donde se pueden colocar terraplenes temporales o sacos de arena. Debido a que la intensidad de descarga de las crecidas aumenta en los diques en ambas márgenes de los ríos, y debido a que los depósitos de sedimentos elevan el nivel de los cauces, la planificación y las medidas auxiliares son vitales. Las secciones a menudo se retiran del río para formar un canal más ancho, y las cuencas de los valles de inundación están divididas por múltiples diques para evitar que una sola brecha inunde un área grande. Un dique hecho de piedras colocadas en filas horizontales con un lecho de césped delgado entre cada una de ellas se conoce como spetchel.

Los diques artificiales requieren una ingeniería sustancial. Su superficie debe protegerse de la erosión, por lo que se plantan con vegetación como el pasto bermuda para unir la tierra. En el lado de la tierra de los diques altos, generalmente se agrega una terraza baja de tierra conocida como banqueta como otra medida antierosión. En el lado del río, la erosión de fuertes olas o corrientes presenta 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 pesadas o revestimientos de hormigón. Se construyen zanjas separadas o tejas de drenaje para asegurar que los cimientos no se inunden.

Prevención de inundaciones de ríos

Se han construido importantes sistemas de diques a lo largo del río Mississippi y el río Sacramento en los Estados Unidos, y el Po, el Rin, el río Mosa, el Ródano, el Loira, el Vístula, el delta formado por el Rin, Mosa/Mosa y Escalda en los Países Bajos y el Danubio en Europa. Durante el período de los Reinos Combatientes de China, los Qin construyeron el sistema de riego de Dujiangyan como un proyecto de conservación de agua y control de inundaciones. La infraestructura del sistema está ubicada en el Minjiang (chino:岷江; pinyin: Mínjiāng), que es el afluente más largo del Chang Jiang, en Sichuan, China.

El sistema de diques de Mississippi representa uno de los sistemas de este tipo más grandes que se encuentran en cualquier parte del mundo. Comprende más de 5.600 km (3.500 millas) de diques que se extienden unos 1.000 km (620 millas) a lo largo del Mississippi, desde Cape Girardeau, Missouri, hasta el delta del Mississippi. Fueron iniciados por colonos franceses en Luisiana en el siglo XVIII para proteger la ciudad de Nueva Orleans. Los primeros diques de Luisiana tenían unos 90 cm (3 pies) de altura y cubrían una distancia de unos 80 km (50 millas) a lo largo de la orilla del río. El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., junto con la Comisión del Río Mississippi, amplió el sistema de diques a partir de 1882 para cubrir las orillas del río desde El Cairo, Illinois, hasta la desembocadura del delta del Mississippi en Luisiana.A mediados de la década de 1980, habían alcanzado su extensión actual y tenían un promedio de 7,3 m (24 pies) de altura; algunos diques de Mississippi tienen una altura de hasta 15 m (50 pies). Los diques de Mississippi también incluyen algunos de los diques individuales continuos más largos del mundo. Uno de esos diques se extiende hacia el sur desde Pine Bluff, Arkansas, por una distancia de unos 610 km (380 millas).

El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (USACE) recomienda y apoya la tecnología de confinamiento celular (geoceldas) como la mejor práctica de gestión. Se presta especial atención a la cuestión de 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 fuerza de tracción al suelo para resistir mejor la inestabilidad.

Los diques artificiales pueden conducir a una elevación del lecho natural del río con el tiempo; si esto sucede o no y qué tan rápido, depende de diferentes factores, uno de ellos es la cantidad y el tipo de carga de fondo de un río. Los ríos aluviales con intensas acumulaciones de sedimentos tienden a este comportamiento. Se encuentran ejemplos de ríos en los que los diques artificiales condujeron a una elevación del lecho del río, incluso hasta un punto en el que el lecho del río es más alto que la superficie del suelo adyacente detrás de los diques, para el río Amarillo en China y el Mississippi en los EE. UU.

Prevención de inundaciones costeras

Los diques son muy comunes en las marismas que bordean la Bahía de Fundy en New Brunswick y Nova Scotia, Canadá. A los acadianos que se asentaron en el área se les puede atribuir la construcción original de muchos de los diques en el área, creados con el propósito de cultivar las fértiles marismas de marea. Estos diques se conocen como diques. Están construidos con compuertas con bisagras que se abren cuando baja la marea para drenar el agua dulce de los pantanos agrícolas y se cierran cuando sube la marea para evitar que el agua de mar entre detrás del dique. Estas compuertas se llaman "aboiteaux". En el Bajo Continente alrededor de la ciudad de Vancouver, Columbia Británica, hay diques (conocidos localmente como diques, y también denominados "diques marinos") para proteger las tierras bajas en el delta del río Fraser, en particular la ciudad de Richmond. en la isla de Lulú.

Los diques de prevención de inundaciones costeras también son comunes a lo largo de la costa interior detrás del Mar de Wadden, un área devastada por muchas inundaciones históricas. Así, los pueblos y los gobiernos han erigido sistemas de diques de protección contra inundaciones cada vez más grandes y complejos para detener el mar incluso durante las inundaciones de las tormentas. El mayor de estos son, por supuesto, los enormes diques en los Países Bajos, que han ido más allá de la simple defensa contra las inundaciones, ya que han recuperado agresivamente tierras que se encuentran por debajo del nivel medio del mar.

Diques de espolón o espigones

Estas estructuras hidráulicas típicamente hechas por el hombre están situadas para proteger contra la erosión. Por lo general, se colocan en ríos aluviales perpendiculares o en ángulo a la orilla del canal o al revestimiento, y se usan ampliamente a lo largo de las costas. Hay dos tipos comunes de diques de espolón, permeables e impermeables, según los materiales utilizados para construirlos.

Ejemplos naturales

Los diques naturales comúnmente se forman alrededor de los ríos y arroyos de las tierras bajas sin intervención humana. Son crestas alargadas de lodo y/o limo que se forman en las llanuras aluviales del río inmediatamente adyacentes a las orillas cortadas. Al igual que los diques artificiales, actúan para reducir la probabilidad de inundaciones en las llanuras aluviales.

La deposición de diques es una consecuencia natural de la inundación de ríos serpenteantes que transportan altas proporciones de sedimentos suspendidos en forma de arenas finas, limos y lodos. Debido a que la capacidad de carga de un río depende en parte de su profundidad, el sedimento en el agua que se encuentra sobre las orillas inundadas del canal ya no es capaz de mantener en suspensión la misma cantidad de sedimentos finos que la vaguada principal. Los sedimentos extrafinos se asientan rápidamente en las partes de la llanura aluvial más cercanas al canal. En un número significativo de inundaciones, esto eventualmente resultará en la formación de crestas en estas posiciones y reducirá la probabilidad de nuevas inundaciones y episodios de construcción de diques.

Si continúa ocurriendo la agregación en el canal principal, esto hará que el desbordamiento del dique sea más probable nuevamente, y los diques pueden continuar acumulándose. En algunos casos, esto puede resultar en que el lecho del canal eventualmente se eleve por encima de las llanuras aluviales circundantes, encerrado solo por los diques que lo rodean; un ejemplo es el río Amarillo en China cerca del mar, donde los barcos transoceánicos parecen navegar muy por encima de la llanura en el río elevado.

Los diques son comunes en cualquier río con una alta fracción de sedimentos en suspensión y, por lo tanto, están íntimamente asociados con los canales serpenteantes, que también es más probable que ocurran donde un río transporta grandes fracciones de sedimentos en suspensión. Por razones similares, también son comunes en los arroyos de marea, donde las mareas traen grandes cantidades de sedimentos y lodos costeros. Las mareas vivas altas provocarán inundaciones y provocarán la construcción de diques.

Fallos e incumplimientos

Tanto los diques naturales como los hechos por el hombre pueden fallar de varias maneras. Los factores que causan fallas en los diques incluyen el desbordamiento, la erosión, las fallas estructurales y la saturación de los diques. La más frecuente (y peligrosa) es la ruptura de un dique. Aquí, una parte del dique en realidad se rompe o se erosiona, dejando una gran abertura para que el agua inunde la tierra que de otro modo estaría protegida por el dique. Una brecha puede ser una falla repentina o gradual, causada por la erosión de la superficie o por la debilidad del subsuelo en el dique. Una brecha puede dejar un depósito de sedimento en forma de abanico que se irradia lejos de la brecha, descrito como una extensión de grieta. En los diques naturales, una vez que se ha producido una brecha, la brecha en el dique permanecerá hasta que se rellene nuevamente mediante procesos de construcción de diques. Esto aumenta las posibilidades de que se produzcan futuras infracciones en el mismo lugar.

A veces se dice que los diques fallan cuando el agua rebasa la cima del dique. Esto provocará inundaciones en las llanuras aluviales, pero debido a que no daña el dique, tiene menos consecuencias para futuras inundaciones.

Entre varios mecanismos de falla que causan rupturas de diques, se encuentra que la erosión del suelo es uno de los factores más importantes. Predecir la erosión del suelo y la generación de socavación cuando ocurre un desbordamiento es importante para diseñar diques y muros contra inundaciones estables. Se han realizado numerosos estudios para investigar la erosionabilidad de los suelos. Briaud et al. (2008) 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 averiguar los vectores de velocidad en el agua de desbordamiento y la socavación generada cuando el desbordamiento. el agua choca contra 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 2009estudió el efecto de la combinación del desbordamiento de las olas y el desbordamiento de la marejada ciclónica sobre la generación de erosión y socavación en los diques. El estudio incluyó parámetros hidráulicos y características de flujo tales como espesor de flujo, intervalos de olas, nivel de oleaje por encima de la corona del dique en el análisis del desarrollo de la socavación. De acuerdo con las pruebas de laboratorio, se derivaron correlaciones empíricas relacionadas con la descarga de desborde promedio para analizar la resistencia del dique contra la erosión. Estas ecuaciones solo podrían ajustarse a la situación, de forma similar a las pruebas experimentales, mientras que pueden dar una estimación razonable si se aplican a otras condiciones.

Osouli et al. (2014) y Karimpur et al. (2015) realizaron un modelo físico de diques a escala de laboratorio para evaluar la caracterización de la puntuación de diferentes diques debido al desbordamiento del muro de contención.

Otro enfoque aplicado para prevenir fallas en los diques es la tomografía de resistividad eléctrica (ERT). Este método geofísico no destructivo puede detectar por adelantado áreas críticas de saturación en terraplenes. Por lo tanto, ERT se puede utilizar para monitorear fenómenos de filtración en estructuras terrestres y actuar como un sistema de alerta temprana, por ejemplo, en partes críticas de diques o terraplenes.