Robuuste Composietafdekken Beveiligen Waterbronnen van Bogotá

Wateropslag en -distributie in Bogotá, Colombia, is net als in elke grote stedelijke agglomeratie een complexe uitdaging. Het probleem zit niet in het aanbod: de stad met zijn ongeveer 9 miljoen inwoners ontjaagt jaarlijks 824 millimeter neerslag, en de Bogotá-riet stroomt door de stad. De uitdaging ligt in het vangen, zuiveren en opslaan van dat water zodat het drinkbaar en beschikbaar blijft voor inwoners en bedrijven. Hiervoor heeft Empresa de Acueductos y Alcantarillados (EAAB, Bogotá) imloop der jaren een reeks van 59 tanks door de stad heen gebouwd om zuiver water op te slaan en de levering aan klanten te garanderen.

Sommige van deze tanks zijn volledig gesloten om het water te beschermen tegen buiteninvloeden. Andere, vaak oudere, zijn massive betonnen bassins die beschermd worden door een reeks verwijderbare afdekplaten. Een van die tanks, Casablanca, gelegen in de wijk Ciudad Bolívar in het zuiden van Bogotá, dient een populatie van ongeveer 3 miljoen mensen. Casablanca is de grootste wateropslagtank in het EAAB-netwerk en in heel Colombia, met afmetingen van 144 bij 110 bij 9 meter en een capaciteit van 143.000 kubieke meter (38 miljoen gallon). De tank is door een betonnen scheidingsmuur in twee gelijke compartimenten verdeeld.

Het onderhouden van de 66-jarige Casablanca is geen sinecure. In 2009 bleken scheuren in de betonnen vloer een lekkage van 360.000 liter per uur te veroorzaken. Reparaties met een polyurea-coating brachten de lekkage terug naar nul. Boven de beton bestond echter nog een probleem: het water werd beschermd door afdekplaten van een mengsel van beton en asbest, wat een ernstige dreiging vormde voor de waterkwaliteit en de volksgezondheid. De oude afdekplaten waren bovenaan foutgevoelig en duur in onderhoud. EAAB had een veiliger, lichter en duurzamer alternatief nodig.

Grote afdekplaten, en er veel van

EAAB koos voor een composietoplossing, maar werd direct geconfronteerd met de schaal van het project. Casablanca wordt gekruist door betonnen pijlers die een netwerk van balken dragen waarop de afdekplaten rusten. Deze balken liggen ongeveer 7,2 meter uit elkaar, dus de nieuwe afdekplaten moesten zelfdragend zijn over die spanwijdte om de bestaande infrastructuur te benutten. EAAB stelde voor de afdekplaten te produceren via light resin transfer molding (LRTM). De uitdaging? Composietstructuren van deze afmetingen waren in Colombia nog nooit via LRTM geproduceerd. Veel fabricanten waren het project niet aangegaan.

De uitzondering was Innovative Engineering Solutions, of Soling, een composietfabrikant in La Estrella, Antioquia, ten zuiden van Medellín. Soling werd in 2014 opgericht door Javier Moreno, die verschillende composietfabrikanten in en rondom Colombia bezit. Rodrigo Vergara, engineering coordinator bij Soling, zegt dat de grootte van de afdekplaten voor veel fabricanten een onoverkomelijk obstakel was. „Niemand had in Colombia ervaring met dit formaat. Het is het grootste composietonderdeel dat ooit in Colombia is geproduceerd.” Voor Moreno was de grootte juist een uitdaging. „Onze eigenaar kent het woord ‘onmogelijk’ niet. Hij zei: ‘We gaan dit doen!’ Ik zei: ‘OK!’”

Soling stelde een specifieke oplossing voor: een reeks van 840 gekamerd, rechthoekige composietstructuren, elk 7,6 meter lang en 2,4 meter breed (24,9 bij 7,9 voet). Het halve-cirkelvormige kamperontwerp werd gekozen, aldus Vergara, omdat „de geometrische vorm met de grootste mechanische weerstand een cirkel is. Dat was de hoofdreden om zelfdragende afdekplaten te garanderen. Daarnaast moesten we de eenvoudigste manier vinden om ze van de productielocatie naar de installatieplaats te vervoeren, 418 kilometer verderop.”

De afdekplaten zouden via LRTM worden geproduceerd, met volgens EAAB-specificaties een blauwe gelcoat aan de buitenzijde en een witte gelcoat aan de binnenkant. Samengesteld uit glasvezelmatten en polyesterhars, zou een afdekplaat met een oppervlakte van 28,5 m² (207 ft²) 320 kg (705 lb) wegen, waarvan 208 kg hars. Met een ontwerp in handen en de toezegging om te leveren, zetten Vergara en Soling aan het werk.

De perfecte afdekplaat bouwen

Soling nam het project niet alleen op. Een leveranciersnetwerk ondersteunde het bedrijf: distributeur Minepro SAS (Medellín) leverde technische ondersteuning en werkte samen met toeleverancier Magnum Venus Products (MVP, Knoxville, VS), die pompen en hulpmiddelen voor het LRTM-proces leverde. De materialenleveranciers waren Andercol (Medellín), die de polyesterharsmatrix, gelcoats en technische ondersteuning leverde, en Jushi (Tongxiang, China), die de E-glasvezelstoffen leverde.

De productie begint met de tooling. De vraag was hoeveel malen nodig waren. Vergara legt uit dat Soling eerst de productiesnelheid moest bepalen om aan EAAB’s leveringseisen te voldoen, wat weer afhing van de eisen op de werkplaats. Om besmetting van het drinkwater tijdens de installatie te voorkomen, werd afgesproken dat het compartiment waarover afdekplaten werden geplaatst, leeggepompt werd. Het halveren van de opslagcapaciteit van Casablanca bracht uitdagingen met zich mee, dus snelle levering en installatie waren cruciaal.

Soling, in overleg met EAAB, vestigde op een productieschema van zes afdekplaten per dag. In een faciliteit die drie acht-uurs-diensten draait, vereiste dat twee malen, elk in staat om per dienst één afdekplaat te produceren. De malen werden in-house gebouwd: een glasvezelcomposiet mannetje/vrouwtje-ontwerp, ondersteund door een staalconstructie.

Met de malen klaar, begon Soling het fabricageproces te optimaliseren. In samenwerking met Minepro en MVP werd besloten elke maal via twee harsinjectiepoorten en één vacuümpoort te voeden. Voor de harsinjectie adviseerde MVP de Patriot Innovator high-volume RTM-pomp, in staat om de grote harshoeveelheid per afdekplaat aan te leveren. MVP leverde ook Turbo Autosprue-kleppen, universele koppelingen, afdichtingen en maalaccessoires.

De productie van een afdekplaat begint met het spuiten van witte gelcoat in de vrouwtjeshelft en blauwe gelcoat in de mannetjeshelft (beide van Andercol). Vervolgens worden de Jushi E-glasvezelmatten en -stoffen handmatig in de vrouwtjeshelft gelegd. De mannetjeshelft wordt via kraan in de vrouwtjeshelft gelaten en beide helften worden gespand. Na het trekken van vacuüm start de harsinjectie, die ongeveer 40 minuten duurt, gevolgd door uitharding bij kamertemperatuur. Na demolden wordt de afdekplaat afgestrikt tot de eindafmetingen en worden regenwaterafvoerkanalen in de flens gefreesd.

De schiere grootte, gecombineerd met strikte gewichts- en dimensie-eisen, vormde de grootste uitdaging. De locatie van injectiepoorten en het timen van de injectie vereisten veel proef en foutloze herhaalbaarheid. Uiteindelijk ontwikkelde Soling een betrouwbaar, herhaalbaar proces.

„De grootste uitdaging was het gewicht van de elementen die we zouden installeren, omdat we de draagcapaciteit van de bestaande constructie niet mochten overschrijden,” aldus Vergara. „Dit vereiste dat alle stukken identieke kenmerken hadden, zowel in geometrie als in gewicht. De enige manier om dat te garanderen was een proces dat herhaalbaarheid waarborgt.”

De afgeronde afdekplaten werden 418 kilometer van Soling’s faciliteit bij Medellín naar Casablanca in Bogotá getransporteerd en via kraan geïnstalleer, op de ondersteunende structuur gezet en gepositioneerd door werknemers op de balken. Hoewel de afdekplaten niet mechanisch bevestigd zijn, zijn ze ook niet ontworpen om te verplaatsen of te verwijderen, tenzij „er iets heel erg gebeurt.”

Soling begon begin 2019 met het ontwerp en startte begin 2020 met de productie van de eerste afdekplaten. De coronapandemie en incidentele technische problemen veroorzaakten onderbrekingen, maar Vergara zegt dat Soling de productie van alle 840 afdekplaten in 7 à 8 maanden voltooide, eind 2020. De nieuwe afdekplaten zullen aanzienlijk langer mee gaan en veel minder onderhoud vereisen dan hun voorgangers.

Het Casablanca-project heeft, aldus Vergara, Soling’s mogelijkheden als fabrikant van hoogwaardige, hoogpresterende, grote composietstructuren gedemonstreerd en deuren geopend naar nieuwe kansen. „Dit project was een uitdaging waarin we paradigma’s moesten doorbreken die zeiden dat onderdelen van deze omvang niet met deze productiemethode gemaakt konden worden, en toch hebben we het gedaan. Voor de toekomst van Soling is één ding heel duidelijk: er is geen project dat we niet aan kunnen.”