Coberturas Compostas Robustas Protegem Recursos Hídricos de Bogotá

O armazenamento e distribuição de água em Bogotá, Colômbia, como em qualquer grande área urbana, é complexo. O desafio não é o abastecimento, pois a cidade de cerca de 9 milhões de habitantes recebe 824 milímetros de chuva por ano, além do rio Bogotá atravessar a cidade. O desafio é captar essa água, tratá-la e armazená-la para que permaneça potável e disponível conforme a necessidade de residentes e empresas. Para isso, a Empresa de Acueductos y Alcantarillados (EAAB, Bogotá) construiu, ao longo dos anos, uma série de 59 tanques pela cidade para armazenar água tratada e garantir o fornecimento aos clientes.

Alguns desses tanques são totalmente fechados para proteger a água dos elementos externos. Outros, muitos mais antigos, são bacias de concreto maciças protegidas por coberturas removíveis. Um desses tanques, chamado Casablanca e localizado no bairro Ciudad Bolívar, na zona sul de Bogotá, atende uma população de cerca de 3 milhões de pessoas. Casablanca, o maior tanque de armazenamento de água da rede EAAB e o maior da Colômbia, mede 144 metros de comprimento x 110 metros de largura x 9 metros de profundidade, com capacidade para armazenar 143.000 metros cúbicos (38 milhões de galões) de água. O tanque é dividido por um divisor de concreto que corre pelo meio, armazenando água em duas seções iguais.

A manutenção do Casablanca, com 66 anos, não é tarefa fácil. Em 2009, descobriu-se que rachaduras no piso de concreto do tanque permitiam o escape de 360.000 litros (95.000 galões) de água por hora. Reparos no concreto com revestimento de poliureia reduziram o vazamento a zero. No entanto, Casablanca ainda tinha um problema acima do concreto. A água no tanque era protegida por coberturas de uma mistura de concreto e amianto, o que representava uma ameaça significativa à qualidade da água e à saúde humana. As coberturas antigas também eram propensas a falhas e caras de manter. A EAAB precisava substituí-las por uma alternativa mais segura, leve e durável.

Coberturas grandes, e muitas delas

A EAAB optou por uma solução em compósitos para as coberturas, mas foi imediatamente desafiada pela escala do projeto. Casablanca é atravessado por pilares de concreto que sustentam uma rede de vigas sobre as quais as coberturas repousam. Essas vigas são espaçadas cerca de 7,2 metros, então as novas coberturas precisariam ser autoportantes e cobrir esse vão para aproveitar a infraestrutura existente. A EAAB propôs que tais coberturas fossem fabricadas por moldagem por transferência de resina leve (LRTM). O desafio? Estruturas compostas desse tamanho para essa aplicação nunca haviam sido fabricadas via LRTM na Colômbia. Muitos fabricantes simplesmente não conseguiam assumir o projeto.

A exceção foi a Innovative Engineering Solutions, ou Soling, fabricante de compósitos localizada em La Estrella, Antioquia, Colômbia, ao sul de Medellín. Fundada em 2014 por Javiar Moreno, que possui e opera várias empresas de fabricação de compósitos na Colômbia e arredores. Rodrigo Vergara, coordenador de engenharia da Soling, diz que o tamanho das coberturas era um obstáculo para muitos fabricantes. "Ninguém tinha experiência com isso na Colômbia devido ao tamanho da peça", observa. "É a maior peça composta fabricada na Colômbia." Para Moreno, o tamanho era um desafio interessante. "Para nosso proprietário [Moreno]", diz Vergara, "'impossível' é uma palavra que ele não entende. Ele disse: 'Vamos fazer isso!' Eu disse: 'OK!'."

A Soling propôs uma solução específica para o projeto Casablanca: uma série de 840 estruturas compostas retangulares abobadadas, cada uma medindo 7,6 metros de comprimento e 2,4 metros de largura (24,9 x 7,9 pés). O design de semi-cúpula foi escolhido, diz Vergara, porque "a forma geométrica com maior resistência mecânica é uma circunferência. Esse foi o fator principal para garantir que as coberturas fossem autoportantes. Por outro lado, precisávamos encontrar a forma mais fácil de enviá-las do local de fabricação ao ponto de instalação, a 418 km de distância."

As coberturas seriam fabricadas via LRTM com, conforme especificação da EAAB, gel coat azul na superfície externa e gel coat branco na superfície interna. Compostas por tecidos de fibra de vidro e resina poliéster, cada cobertura, com área superficial de 28,5 metros quadrados (207 pés quadrados), pesaria 320 quilogramas (705 libras), dos quais 208 quilogramas seriam resina. Com o projeto em mãos e o compromisso de entregar as coberturas, Vergara e a Soling começaram a trabalhar.

Construindo a cobertura perfeita

A Soling, claro, não assumiu o projeto Casablanca sem ajuda. Trabalhando com a empresa estava uma rede de fornecedores que incluía um distribuidor, um fornecedor de materiais e um de equipamentos. O distribuidor, Minepro SAS (Medellín, Colômbia), forneceu suporte técnico e trabalhou com o fornecedor de equipamentos Magnum Venus Products (MVP, Knoxville, Tennessee, EUA), que forneceu bombas e equipamentos auxiliares para o processo LRTM. Os fornecedores de materiais são a Andercol (Medellín), que forneceu a matriz de resina poliéster, gel coats e suporte técnico, e a Jushi (Tongxiang City, China), que forneceu os tecidos de fibra de vidro E-glass.

A fabricação começa naturalmente com o ferramental. A questão era quantos moldes o projeto exigia. Para determinar isso, Vergara diz que a Soling primeiro precisou estabelecer o ritmo de fabricação para atender aos requisitos de entrega da EAAB. Isso, por sua vez, foi afetado pelos requisitos no local de trabalho. Para evitar potencial contaminação do abastecimento de água durante a instalação das novas coberturas, a EAAB concordou em esvaziar a metade de Casablanca sobre a qual as coberturas estavam sendo entregues e baixadas no lugar. Reduzir a capacidade de armazenamento de Casablanca pela metade impõe desafios, então a EAAB precisava que a entrega e instalação ocorressem o mais rápido possível.

A Soling, trabalhando com a EAAB, explica Vergara, definiu um cronograma de produção que entregaria seis coberturas por dia. Em uma instalação operando em três turnos de oito horas por dia, isso exigia dois moldes, cada um capaz de fabricar uma cobertura por turno. Os moldes, diz ele, foram construídos internamente e compostos por um design composto de fibra de vidro macho/fêmea apoiado por uma estrutura de aço.

Com os moldes construídos, a Soling começou a definir como, especificamente, as cúpulas seriam fabricadas. Trabalhando com a Minepro e a MVP, Vergara diz que foi decidido que cada molde seria alimentado por dois portos de injeção de resina, com um porto de vácuo. Para injeção de resina, a MVP recomendou o uso de sua unidade de bomba RTM de alto volume Patriot Innovator, capaz de fornecer o grande volume de resina requerido por cada cobertura. A MVP também forneceu suas válvulas Turbo Autosprue, acopladores universais, vedantes e acessórios de molde.

Para iniciar a produção de uma cobertura, diz Vergara, a metade fêmea do molde era pulverizada com gel coat branco e a metade macho com gel coat azul. Como observado, ambos os gel coats foram fornecidos pela Andercol. Em seguida, os tapetes e tecidos de fibra de vidro E-glass fornecidos pela Jushi eram colocados manualmente na metade fêmea do molde. Isso era seguido pela descida, via guindaste, da metade macho do molde na fêmea, com as duas metades fixadas. Após aplicar vácuo, a injeção de resina começava. Vergara diz que a injeção de cada cobertura era concluída em cerca de 40 minutos, seguida por cura em temperatura ambiente. Após cada cobertura ser desmoldada, era aparada às dimensões finais e canais de alimentação para mitigação de água da chuva eram cortados na superfície da flange da cobertura.

Vergara diz que o tamanho das coberturas, combinado com rigorosos requisitos de peso e dimensão, representou o maior desafio para sua fabricação. Determinar a localização dos portos de injeção e gerenciar o tempo de injeção exigiu muita tentativa e erro e consultoria com especialistas técnicos. Eventualmente, no entanto, Vergara diz que a Soling estabeleceu um processo de fabricação altamente repetível e confiável.

"O maior desafio foi o peso dos elementos que íamos instalar, porque não podíamos exceder a capacidade de carga da estrutura existente", diz Vergara. "Isso exigia que todas as peças tivessem as mesmas características, tanto em geometria quanto em peso. A única forma de garantir essas condições era usar um processo que garantisse repetibilidade."

As coberturas finalizadas foram enviadas por 418 quilômetros (260 milhas) da instalação da Soling perto de Medellín ao local de trabalho Casablanca em Bogotá e instaladas via guindaste, baixadas sobre a estrutura de suporte e posicionadas por trabalhadores em pé nas vigas sobre as quais as coberturas repousariam. Embora as coberturas não sejam mecanicamente fixadas às estruturas de suporte, Vergara diz que também não são projetadas para serem movidas ou removidas a menos que "algo muito sério aconteça".

A Soling iniciou o trabalho de design das coberturas no início de 2019 e começou a fabricação das primeiras coberturas em 2020. A pandemia de coronavírus e ocasionais desafios mecânicos fizeram a fabricação parar e recomeçar, mas Vergara diz que a Soling concluiu a produção de todas as 840 coberturas em um período de 7 a 8 meses, finalizando no final de 2020. Espera-se que as novas coberturas durem substancialmente mais e exijam muito menos manutenção do que as que substituíram.

O projeto Casablanca, diz Vergara, demonstrou as capacidades da Soling como fabricante de estruturas compostas grandes, de alta qualidade e alto desempenho, abrindo portas para outras oportunidades. "Este projeto foi um desafio no qual tivemos que quebrar paradigmas que diziam que peças dessa magnitude não podiam ser feitas usando este método de fabricação, e ainda assim fizemos", diz ele. "Para o futuro da Soling, algo está muito claro: não há projeto que não sejamos capazes de fazer."