Un dique ( / ˈlɛvi / o / ˈlɛveɪ / ), [ a] [1] dique ( inglés americano ) , dique ( inglés británico ; ver diferencias ortográficas ), terraplén , dique de inundación o dique de contención es una estructura utilizada para evitar que el curso de los ríos cambie y para proteger contra inundaciones el área adyacente al río o la costa. Por lo general, es de tierra y a menudo corre paralelo al curso de un río en su llanura de inundación o a lo largo de costas bajas. [2]
Los diques pueden ser estructuras de crestas naturales que se forman junto a la orilla de un río o pueden ser un relleno [3] o un muro [4] construido artificialmente que regula los niveles de agua. Sin embargo, los diques pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. [5] Los muros contra inundaciones son una alternativa más limitada.
Las civilizaciones antiguas 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 desastres importantes, [6] como las catastróficas fallas de diques de 2005 en el área metropolitana de Nueva Orleans que ocurrieron como resultado del huracán Katrina .
Los hablantes de inglés americano utilizan la palabra dique , de la palabra francesa levée (del participio pasado femenino del verbo francés Lever , 'levantar'). Se originó en Nueva Orleans unos años después de la fundación de la ciudad en 1718 y luego fue adoptada por los hablantes de inglés. [7] El nombre deriva de la característica de que las crestas del dique se elevan más alto que el canal y las llanuras de inundación circundantes.
La palabra moderna dique o dique probablemente deriva de la palabra holandesa dijk , con la construcción de diques bien atestiguada ya en el siglo XI. El Omringdijk de Frisia Occidental de 126 kilómetros de largo (78 mi) , completado en 1250, se formó conectando diques más antiguos existentes. El cronista romano Tácito menciona que los rebeldes bátavos perforaron diques para inundar su tierra y proteger su refugio (70 d. C. ). [8] La palabra dijk originalmente indicaba tanto la zanja como el banco . Es muy similar al verbo inglés to dig . [9]
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 ingleses de la palabra se encuentran en la excavación de una zanja y la formación del suelo elevado en un banco a lo largo de ella. Esta práctica ha significado que el nombre puede darse tanto a la excavación como al banco. Así, Offa's Dyke es una estructura combinada y Car Dyke es una zanja, aunque alguna vez también tuvo bancos elevados. En las Midlands inglesas 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. Cuando lleva un arroyo, puede llamarse un dique corriente como en Rippingale Running Dike , que conduce el agua desde el drenaje de captación , Car Dyke, hasta el South Forty Foot Drain en Lincolnshire (TF1427). El Weir Dike es un dique de absorción 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 que sale de un río o un canal ancho para acceso o amarre; algunos diques más largos reciben ese nombre, por ejemplo, Candle Dyke. [10]
En algunas partes de Gran Bretaña , particularmente Escocia y el norte de Inglaterra , un dique puede ser un muro de campo, generalmente hecho con piedra seca .
El objetivo principal de los diques artificiales es evitar las inundaciones de las zonas aledañas y frenar los cambios naturales del curso de una vía fluvial para proporcionar rutas de navegación fiables para el comercio marítimo a lo largo del tiempo; también limitan el caudal del río, lo que da como resultado un caudal de agua mayor 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 para protegerse de las grandes inundaciones, a lo largo de los lagos o a lo largo de los pólderes . Además, se han construido diques con el fin de empalizar o como límite para una zona de inundación. Esto último puede ser una inundación controlada por los militares o una medida para evitar la inundación de una zona más grande rodeada de diques. Los diques también se han construido como límites de campos y como defensas militares . Puede encontrar más información sobre este tipo de dique en el artículo sobre muros de piedra seca .
Los diques pueden ser movimientos de tierra permanentes o construcciones de emergencia (a menudo hechas de sacos de arena ) construidas apresuradamente en caso de 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 c. 2600 a. C. ) de la que dependía la vida agraria de los pueblos de Harappa. [11] También se construyeron diques hace más de 3000 años en el antiguo Egipto , donde se construyó un sistema de diques a lo largo de la orilla 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 Mediterráneo . Las civilizaciones mesopotámicas y la antigua China también construyeron grandes sistemas de diques. [12] 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 autoridad gobernante fuerte para guiar el trabajo y puede haber sido un catalizador para el desarrollo de sistemas de gobierno en las civilizaciones tempranas. Sin embargo, otros señalan evidencia de obras de control del agua en gran escala hechas de tierra, como canales y/o diques, que datan de antes del Rey Escorpión en el Egipto predinástico , durante el cual el gobierno era mucho menos centralizado.
Otro ejemplo de un dique histórico que protegía a la creciente ciudad-estado de México-Tenochtitlán y a la vecina ciudad de Tlatelolco, fue construido 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 (ideales para la técnica agrícola Chināmitls ) del agua potable fresca que se suministraba a los asentamientos. Sin embargo, después de que los europeos destruyeran Tenochtitlán, el dique también fue destruido y las inundaciones se convirtieron en un problema importante, lo que provocó que la mayor parte del lago fuera drenado en el siglo XVII.
Los diques se construyen generalmente apilando tierra sobre una superficie despejada y nivelada. Son anchos en la base y 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 debido a que los depósitos de limo elevan el nivel de los lechos de los ríos , la planificación y las medidas auxiliares son vitales. A menudo, las secciones se retiran 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 ruptura inunde una gran área. Un dique hecho de piedras colocadas en filas horizontales con un lecho de turba fina entre cada una de ellas se conoce como spetchel .
Los diques artificiales requieren una gran cantidad de ingeniería. Su superficie debe estar protegida de la erosión, por lo que se plantan plantas como la hierba bermuda para unir la tierra. En el lado de la tierra de los diques altos, se suele añadir una terraza baja de tierra conocida como banqueta como otra medida antierosión. En el lado del río, la erosión causada por 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 con peso o revestimientos de hormigón . Se construyen zanjas o tejas de drenaje independientes para garantizar que los cimientos no se inunden.
Se han construido importantes sistemas de diques a lo largo del río Misisipi y el río Sacramento en los Estados Unidos , y en los ríos Po , Rin , Mosa , Ródano , Loira , 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 Estados Combatientes chinos , el sistema de irrigación de Dujiangyan fue construido por los Qin como un proyecto de conservación de agua y control de inundaciones. La infraestructura del sistema está ubicada en el río Min , que es 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 Cape 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 . [13] Los primeros diques de Luisiana tenían unos 90 cm (3 pies) de alto y cubrían una distancia de unos 80 km (50 mi) a lo largo de la ribera del río. [13] El Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU., 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. [13] 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 del Misisipi miden hasta 15 m (50 pies) de altura. Los diques del Misisipi también incluyen algunos de los diques individuales continuos más largos del mundo. Uno de estos diques se extiende hacia el sur desde Pine Bluff , Arkansas , por una distancia de unos 610 km (380 mi). El alcance y la escala de los diques del Misisipi a menudo se han comparado con la Gran Muralla China . [14]
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. [15] 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 provocar una elevación del lecho natural del río con el tiempo; que esto ocurra o no y con qué rapidez depende de diferentes factores, uno de ellos es la cantidad y el tipo de carga del lecho de un río. Los ríos aluviales con intensas acumulaciones de sedimentos tienden a este comportamiento. Ejemplos de ríos en los que los diques artificiales provocaron 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, se encuentran en el río Amarillo en China y el Mississippi en los Estados Unidos.
Los diques son muy comunes en las marismas que bordean la bahía de Fundy en Nuevo Brunswick y Nueva Escocia , Canadá . A los acadianos que se asentaron en la zona se les puede atribuir la construcción original de muchos de los diques de la zona, creados con el propósito de cultivar las fértiles marismas mareales. Estos diques se conocen como diques. Están construidos con compuertas con bisagras que se abren con la marea baja para drenar el agua dulce de las marismas agrícolas y se cierran con la marea alta para evitar que el agua de mar entre detrás del dique. Estas compuertas se llaman " aboiteaux ". En el Lower Mainland alrededor de la ciudad de Vancouver , Columbia Británica , hay diques (conocidos localmente como diques, y también conocidos como "el malecón") para proteger las tierras bajas en el delta del río Fraser , en particular la ciudad de Richmond en la isla Lulu . También hay diques para proteger otros lugares que se han inundado en el pasado, como el Pitt Polder, tierras adyacentes al río Pitt y otros ríos afluentes.
Los diques de prevención de inundaciones costeras también son comunes a lo largo de la costa interior detrás del Mar de Wadden , una zona devastada por muchas inundaciones históricas. [16] Por ello, 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 por tormentas. Los más grandes de ellos son los enormes diques de los Países Bajos , que han ido más allá de la mera defensa contra las inundaciones, ya que han recuperado agresivamente tierras que están por debajo del nivel medio del mar. [17]
Estas estructuras hidráulicas , generalmente hechas por el hombre, se ubican para proteger contra la erosión. Por lo general, se colocan en ríos aluviales perpendiculares o en ángulo con respecto a la orilla del canal o el revestimiento [18] y se utilizan ampliamente a lo largo de las costas. Hay dos tipos comunes de diques de espolón, permeables e impermeables, según los materiales utilizados para construirlos.
Los diques naturales se forman comúnmente alrededor de los ríos y arroyos de tierras bajas sin intervención humana. Son crestas alargadas de lodo o limo que se forman en las llanuras aluviales de los ríos inmediatamente adyacentes a las orillas cortadas. Al igual que los diques artificiales, actúan para reducir la probabilidad de inundación de las llanuras aluviales.
La deposición de diques es una consecuencia natural de las inundaciones de ríos serpenteantes que transportan grandes proporciones de sedimentos suspendidos en forma de arenas finas, limos y lodos. Debido a que la capacidad de transporte de un río depende en parte de su profundidad, el sedimento en el agua que está sobre las orillas inundadas del canal ya no es capaz de mantener la misma cantidad de sedimentos finos en suspensión que el cauce principal . Los sedimentos extra finos se depositan así rápidamente en las partes de la llanura de inundación más cercanas al canal. A lo largo de un número significativo de inundaciones, esto acabará dando lugar a la formación de crestas en estas posiciones y reducirá la probabilidad de nuevas inundaciones y episodios de construcción de diques. [19]
Si continúa la agradación en el canal principal, esto aumentará la probabilidad de que se vuelvan a desbordar los diques, y estos pueden seguir acumulándose. En algunos casos, esto puede provocar que el lecho del canal se eleve por encima de las llanuras de inundación circundantes, encerrado únicamente por los diques que lo rodean; un ejemplo es el río Amarillo en China cerca del mar, donde los barcos oceánicos parecen navegar muy por encima de la llanura en el río elevado. [20]
Los diques son comunes en cualquier río con una alta fracción de sedimentos en suspensión y, por lo tanto, están íntimamente asociados con canales serpenteantes , que también son más propensos a aparecer cuando un río lleva grandes fracciones de sedimentos en suspensión. Por razones similares, también son comunes en los arroyos mareales, donde las mareas traen grandes cantidades de limos y lodos costeros. Las mareas vivas altas causarán inundaciones y darán como resultado la acumulación de diques.
Tanto los diques naturales como los artificiales pueden fallar de varias maneras. Los factores que causan la falla de los diques incluyen el desbordamiento, la erosión, las fallas estructurales y la saturación del dique. El más frecuente (y peligroso) es una ruptura del 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 ruptura puede ser una falla repentina o gradual, causada ya sea por la erosión de la superficie o por la debilidad del subsuelo en el dique. Una ruptura puede dejar un depósito de sedimento en forma de abanico que irradia desde la ruptura, descrito como una grieta ensanchada . En los diques naturales, una vez que se ha producido una ruptura, el hueco en el dique permanecerá hasta que se vuelva a rellenar mediante procesos de construcción de diques. Esto aumenta las posibilidades de que se produzcan futuras rupturas en el mismo lugar. Las rupturas pueden ser la ubicación de cortes de meandros si la dirección del flujo del río se desvía permanentemente a través del hueco.
A veces se dice que los diques fallan cuando el agua sobrepasa la cresta del dique. Esto provocará 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, se ha descubierto que la erosión del suelo es uno de los factores más importantes. Predecir la erosión del suelo y la generación de socavación cuando se produce un desbordamiento es importante para diseñar diques y muros de contención estables . Se han realizado numerosos estudios para investigar la erosionabilidad de los suelos. Briaud et al. (2008) [21] 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 agua de desbordamiento incide en 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 [22] estudiaron el efecto de la combinación del desbordamiento de las olas y el desbordamiento de las mareas de tormenta en la erosión y la generación de socavación en los diques. El estudio incluyó parámetros hidráulicos y características de flujo como espesor del flujo, intervalos de olas y nivel de oleaje por encima de la corona del dique para analizar el desarrollo de la erosión. De acuerdo con las pruebas de laboratorio, se derivaron correlaciones empíricas relacionadas con el caudal promedio de desbordamiento para analizar la resistencia del dique contra la erosión. Estas ecuaciones solo se pudieron ajustar a la situación, similar a las pruebas experimentales, mientras que pueden brindar una estimación razonable si se aplican a otras condiciones.
Osouli et al. (2014) y Karimpour et al. (2015) realizaron un modelado físico a escala de laboratorio de diques para evaluar la caracterización de la puntuación de diferentes diques debido al desbordamiento del muro de contención. [23] [24]
Otro método que se aplica para prevenir fallas en diques es la tomografía de resistividad eléctrica (ERT). Este método geofísico no destructivo puede detectar con anticipación áreas críticas de saturación en diques. La ERT puede utilizarse para monitorear fenómenos de filtración en estructuras terrestres y actuar como un sistema de alerta temprana, por ejemplo, en partes críticas de diques o diques. [25]
Las estructuras a gran escala diseñadas para modificar los procesos naturales inevitablemente tienen algunos inconvenientes o impactos negativos.
Los diques interrumpen los ecosistemas de llanura aluvial que se desarrollaron en condiciones de inundaciones estacionales. [26] En muchos casos, el impacto es doble, ya que la menor recurrencia de las inundaciones también facilita el cambio de uso de la tierra, de llanuras aluviales boscosas a granjas.
En una cuenca hidrográfica natural, las aguas de las inundaciones se extienden por un paisaje y regresan lentamente al río. Río abajo, el suministro de agua desde el área de inundación se distribuye en el tiempo. Si los diques mantienen las aguas de la inundación dentro de un canal estrecho, el agua se distribuye río abajo durante un período de tiempo más corto. El mismo volumen de agua durante un intervalo de tiempo más corto significa un nivel (altura) más alto del río. A medida que se construyen más diques río arriba, el intervalo de recurrencia de los eventos de crecidas en el río aumenta, lo que a menudo requiere aumentar la altura de los diques. [27]
Durante las inundaciones naturales, el agua que se desborda de los diques sube lentamente. Cuando falla un dique, un muro de agua retenido por el dique se derrama repentinamente sobre el paisaje, de forma muy similar a la rotura de una presa. Las zonas afectadas que están lejos de una ruptura pueden sufrir inundaciones similares a las de un fenómeno natural, mientras que los daños cerca de una ruptura pueden ser catastróficos, e incluso pueden provocar profundos agujeros y canales en el paisaje cercano. [28]
En condiciones naturales, las aguas de las inundaciones regresan rápidamente al cauce del río cuando baja el nivel del agua. Cuando se rompe un dique, el agua se derrama en la llanura de inundación y se desplaza pendiente abajo, donde no puede volver al río. Las inundaciones se prolongan en esas zonas, a la espera de que el agua de la inundación se filtre lentamente y se evapore.
Las inundaciones naturales añaden una capa de sedimentos a la llanura de inundación. El peso añadido de dichas capas a lo largo de muchos siglos hace que la corteza se hunda más profundamente en el manto , de forma muy similar a un bloque de madera flotante que se hunde más en el agua si se añade otra tabla encima. El impulso del movimiento descendente no se detiene inmediatamente cuando se dejan de añadir nuevas capas de sedimentos, lo que da lugar a un hundimiento (hundimiento de la superficie terrestre). [29] En las zonas costeras, esto hace que la tierra se hunda por debajo del nivel del mar, el océano migre hacia el interior y el agua salada se introduzca en los acuíferos de agua dulce. [30]
Cuando un gran río desemboca en el océano, la velocidad del agua disminuye de repente y su capacidad para transportar arena y limo disminuye. Los sedimentos comienzan a sedimentarse, formando finalmente un delta y extendiéndose hacia la costa. Durante las inundaciones posteriores, el agua que se derrama fuera del canal encontrará una ruta más corta hacia el océano y comenzará a formar un nuevo delta. La acción de las olas y las corrientes oceánicas redistribuyen parte del sedimento para formar playas a lo largo de la costa. Cuando se construyen diques hasta el océano, los sedimentos de las inundaciones se cortan, el río nunca migra y la velocidad elevada del río lleva los sedimentos a aguas profundas donde la acción de las olas y las corrientes oceánicas no pueden redistribuirse. En lugar de formarse un delta natural en forma de cuña, se forma un " delta en forma de pata de pájaro " que se extiende hacia el océano. Los resultados para las tierras circundantes incluyen el agotamiento de las playas, el hundimiento, la intrusión de agua salada y la pérdida de tierras. [31]
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