Cubiertas compuestas robustas protegen los recursos hídricos de Bogotá

El almacenamiento y distribución de agua en Bogotá, Colombia, al igual que en cualquier gran área urbana, es un desafío complejo. El problema no es el suministro, ya que la ciudad de unos 9 millones de habitantes recibe 824 milímetros de lluvia al año, además de que el río Bogotá atraviesa la ciudad. El reto consiste en captar esa agua, tratarla y almacenarla para que permanezca potable y disponible según la necesidad de residentes y empresas. Para lograrlo, la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB) ha construido, a lo largo de los años, una red de 59 tanques en toda la ciudad para almacenar agua tratada y garantizar el suministro a los usuarios.

Algunos de estos tanques son depósitos completamente cerrados que protegen el agua de los elementos exteriores. Otros, muchos de ellos más antiguos, son enormes vasos de hormigón protegidos con una serie de cubiertas removibles. Uno de estos tanques, llamado Casablanca y ubicado en el barrio Ciudad Bolívar, al sur de Bogotá, abastece a una población de unos 3 millones de personas. Casablanca, el tanque de almacenamiento de agua más grande de la red de la EAAB y de toda Colombia, mide 144 metros de largo por 110 metros de ancho y 9 metros de profundidad, con capacidad para almacenar 143.000 metros cúbicos (38 millones de galones) de agua. El tanque está dividido por un muro de hormigón que recorre su centro, de modo que el agua se almacena en dos secciones iguales.

Un mantenimiento complejo para una infraestructura de 66 años

Mantener el tanque Casablanca, de 66 años de antigüedad, no es tarea fácil. En 2009 se descubrió que grietas en el suelo de hormigón permitían la fuga de 360.000 litros (95.000 galones) de agua cada hora. Las reparaciones con un recubrimiento de poliurea redujeron la filtración a cero. Sin embargo, Casablanca seguía teniendo un problema en la parte superior: el agua estaba protegida por una serie de cubiertas compuestas por una mezcla de hormigón y amianto, lo que representaba una amenaza significativa para la calidad del agua y la salud humana. Las cubiertas antiguas también eran propensas a fallos y costosas de mantener. La EAAB necesitaba reemplazar las cubiertas antiguas por una alternativa más segura, ligera y duradera.

Cubiertas grandes, y muchas de ellas

La EAAB optó por una solución de materiales compuestos para las cubiertas, pero se enfrentó inmediatamente a la escala del proyecto. Casablanca está atravesado por una serie de pilares de hormigón que sostienen una red de vigas sobre las que descansan las cubiertas. Estas vigas están separadas unos 7,2 metros (23,6 pies), por lo que las nuevas cubiertas debían ser autoportantes y cubrir ese vano para aprovechar la infraestructura existente. La EAAB propuso que tales cubiertas se fabricaran mediante moldeo por transferencia de resina ligero (LRTM). ¿El desafío? Estructuras compuestas de este tamaño para esta aplicación nunca se habían fabricado mediante LRTM en Colombia. Muchos fabricantes simplemente no pudieron asumir el proyecto.

La excepción fue Innovative Engineering Solutions, o Soling, un fabricante de compuestos ubicado en La Estrella, Antioquia, Colombia, justo al sur de Medellín. Soling fue fundada en 2014 por Javier Moreno, quien posee y opera varias empresas de fabricación de compuestos en Colombia y alrededores. Rodrigo Vergara, coordinador de ingeniería en Soling, señala que el tamaño de las cubiertas fue un impedimento para muchos fabricantes. «Nadie tenía experiencia con esto en Colombia debido al tamaño de la pieza», comenta. «Es la pieza compuesta más grande fabricada en Colombia». Para Moreno, sin embargo, el tamaño de las cubiertas era un desafío interesante. «Para nuestro dueño [Moreno]», dice Vergara, «era un sueño hecho realidad. "Imposible" es una palabra que no entiende. Dijo: "¡Lo haremos!" Yo dije: "¡OK!"».

Soling propuso una solución específica para el proyecto Casablanca: una serie de 840 estructuras compuestas rectangulares abovedadas, cada una de 7,6 metros de largo y 2,4 metros de ancho (24,9 x 7,9 pies). El diseño de cúpula semicircular se eligió, explica Vergara, porque «la forma geométrica que tiene mayor resistencia mecánica es una circunferencia. Este fue el factor principal para garantizar que las cubiertas fueran autoportantes. Por otro lado, debíamos encontrar la forma más fácil de enviarlas desde el sitio de fabricación hasta el punto de instalación, que estaba a 418 kilómetros de distancia».

Las cubiertas se fabricarían mediante LRTM con, según especificación de la EAAB, un gel coat azul en la superficie exterior y un gel coat blanco en la interior. Compuestas por tejidos de fibra de vidrio y una resina de poliéster, cada cubierta, con una superficie de 28,5 metros cuadrados (207 pies cuadrados), pesaría 320 kilogramos (705 libras), de los cuales 208 kilogramos serían resina. Con un diseño en mano y el compromiso de entregar las cubiertas, Vergara y Soling se pusieron a trabajar.

Construyendo la cubierta perfecta

Soling, por supuesto, no asumió el proyecto Casablanca sin ayuda. Trabajó con una red de suministro que incluía un distribuidor, un proveedor de materiales y un proveedor de equipos. El distribuidor, Minepro SAS (Medellín, Colombia), proporcionó soporte técnico y trabajó con el proveedor de equipos Magnum Venus Products (MVP, Knoxville, Tennessee, EE. UU.), que suministró bombas y equipos auxiliares para el proceso LRTM. Los proveedores de materiales fueron Andercol (Medellín), que proporcionó la matriz de resina de poliéster, gel coats y soporte técnico, y Jushi (Tongxiang, China), que proveyó los tejidos de fibra de vidrio E-glass.

La fabricación comienza, naturalmente, con el utillaje. La pregunta era cuántos moldes requería el proyecto. Para determinarlo, Vergara explica que Soling primero tuvo que establecer el ritmo de fabricación para cumplir con los requisitos de entrega de la EAAB. Esto, a su vez, se veía afectado por los requisitos en la obra. Para evitar contaminar potencialmente el suministro de agua durante la instalación de las nuevas cubiertas, la EAAB acordó vaciar la mitad de Casablanca sobre la que se entregarían y colocarían las cubiertas. Reducir a la mitad la capacidad de almacenamiento de agua de Casablanca plantea desafíos, por lo que la EAAB necesitaba que la entrega e instalación ocurrieran lo más rápido posible.

Soling, trabajando con la EAAB, explica Vergara, acordó un programa de producción que entregaría seis cubiertas al día. En una instalación que opera en tres turnos de ocho horas al día, eso requería dos moldes, cada uno capaz de fabricar una cubierta por turno. Los moldes, dice, se construyeron internamente y estaban compuestos por un diseño compuesto de fibra de vidrio macho/hembra respaldado por una estructura de soporte de acero.

Con los moldes construidos, Soling comenzó a establecer cómo, específicamente, se fabricarían las cúpulas. Trabajando con Minepro y MVP, Vergara dice que se decidió que cada molde sería alimentado por dos puertos de inyección de resina, con un puerto de vacío. Para la inyección de resina, MVP recomendó el uso de su unidad de bombeo Patriot Innovator de alto volumen para moldeo por transferencia de resina (RTM), capaz de suministrar el gran volumen de resina requerido por cada cubierta. MVP también proporcionó sus válvulas Turbo Autosprue, así como acoplamientos universales, sellos y accesorios para moldes.

Para iniciar la producción de una cubierta, explica Vergara, la mitad hembra del molde se rociaba con gel coat blanco y la mitad macho con gel coat azul. Como se mencionó, ambos gel coats fueron suministrados por Andercol. A continuación, las esteras y tejidos de fibra de vidrio E-glass suministrados por Jushi se colocaban a mano en la mitad hembra del molde. Esto fue seguido por el descenso, mediante grúa, de la mitad macho del molde dentro de la hembra, con ambas mitades sujetadas juntas. Tras aplicar el vacío, comenzó la inyección de resina. Vergara indica que la inyección de cada cubierta se completaba en unos 40 minutos, seguida de curado a temperatura ambiente. Después de desmoldar cada cubierta, se recortaba a sus dimensiones finales y se cortaban canales de alimentación para la evacuación de agua de lluvia en la superficie del borde de la cubierta.

Vergara afirma que el tamaño enorme de las cubiertas, combinado con estrictos requisitos de peso y dimensiones, representó el mayor desafío para su fabricación. Determinar la ubicación de los puertos de inyección y gestionar los tiempos de inyección requirieron mucha prueba y error y consulta con expertos técnicos. Finalmente, sin embargo, Vergara dice que Soling logró un proceso de fabricación altamente repetible y fiable.

«El mayor desafío fue el peso de los elementos que íbamos a instalar, porque no podíamos exceder la capacidad de carga de la estructura existente», dice Vergara. «Esto requería que todas las piezas tuvieran las mismas características, tanto en geometría como en peso. La única forma de garantizar estas condiciones era utilizar un proceso que asegurara la repetibilidad».

Las cubiertas terminadas se enviaron los 418 kilómetros (260 millas) desde la instalación de Soling cerca de Medellín hasta la obra de Casablanca en Bogotá y luego se instalaron mediante grúa, bajándolas sobre la estructura de soporte y posicionándolas por trabajadores parados sobre las vigas donde descansarían las cubiertas. Aunque las cubiertas no están fijadas mecánicamente a las estructuras de soporte, Vergara dice que tampoco están diseñadas para ser movidas o retiradas a menos que «algo muy grave ocurra».

Soling comenzó el trabajo de diseño de las cubiertas a principios de 2019 y inició la fabricación de las primeras cubiertas en 2020. La pandemia de coronavirus y ocasionales desafíos mecánicos hicieron que la fabricación se detuviera y reiniciara, pero Vergara dice que Soling completó la producción de las 840 cubiertas en un período de 7-8 meses, finalizando a finales de 2020. Se espera que las nuevas cubiertas duren sustancialmente más y requieran mucho menos mantenimiento que las que reemplazaron.

El proyecto Casablanca, dice Vergara, ha demostrado las capacidades de Soling como fabricante de estructuras compuestas grandes, de alta calidad y alto rendimiento, y ha abierto puertas a otras oportunidades. «Este proyecto fue un desafío en el que tuvimos que romper paradigmas que decían que piezas de esta magnitud no podían fabricarse usando este método de manufactura, y aun así lo logramos», afirma. «Para el futuro de Soling, algo está muy claro: no hay proyecto que no seamos capaces de hacer».