Robuste Verbundwerkstoff-Abdeckungen schützen Bogotás Wasserressourcen

Die Wasserspeicherung und -verteilung in Bogotá, Kolumbien, ist – wie in jeder Großstadt – eine komplexe Aufgabe. Die Herausforderung liegt nicht in der Wassermenge: Die rund 9 Millionen Einwohner zählende Stadt erhält jährlich 824 Millimeter Niederschlag, zudem fließt der Río Bogotá durch das Stadtgebiet. Die eigentliche Aufgabe besteht darin, dieses Wasser aufzufangen, aufzubereiten und so zu speichern, dass es sauber und bedarfsgerecht für Haushalte und Unternehmen zur Verfügung steht. Dazu hat das städtische Wasserversorgungsunternehmen Empresa de Acueductos y Alcantarillados (EAAB) im Laufe der Jahre 59 Tanks im gesamten Stadtgebiet errichtet, um aufbereitetes Wasser zu speichern und die Versorgung zu sichern.

Einige dieser Behälter sind vollständig geschlossene Tanks, die das Wasser vor Umwelteinflüssen schützen. Andere, oft ältere Anlagen, sind massive Betonbecken, die mit einer Reihe abnehmbarer Abdeckungen vor Witterung geschützt sind. Ein solches Becken, genannt „Casablanca“, liegt im Stadtteil Ciudad Bolívar im Süden Bogotás und versorgt rund 3 Millionen Menschen. Casablanca ist der größte Wassertank im EAAB-Netz und der größte Wassertank Kolumbiens. Er misst 144 Meter Länge × 110 Meter Breite × 9 Meter Tiefe und fasst 143.000 Kubikmeter (38 Millionen Gallonen) Wasser. Ein Betontrenner teilt das Becken in der Mitte, sodass Wasser in zwei gleich großen Kammern gespeichert wird.

Die Instandhaltung des 66 Jahre alten Casablanca ist keine leichte Aufgabe. 2009 stellte man fest, dass Risse im Betonboden stündlich 360.000 Liter (95.000 Gallonen) Wasser entweichen ließen. Eine Reparatur mit einer Polyurea-Beschichtung stoppte den Verlust vollständig. Doch oberhalb des Betons blieb ein Problem: Das Wasser wurde von Abdeckungen geschützt, die aus einem Gemisch aus Beton und Asbest bestanden – ein erhebliches Risiko für Wasserqualität und Gesundheit. Die alten Abdeckungen waren zudem anfällig für Schäden und teuer in der Wartung. EAAB benötigte eine sicherere, leichtere und langlebigere Alternative.

Große Abdeckungen – und viele davon

EAAB entschied sich für eine Verbundwerkstoff-Lösung, stand aber sofort vor der schieren Größe des Projekts. Casablanca wird von einer Reihe Betonpfeiler durchzogen, die ein Trägerbett tragen, auf dem die Abdeckungen aufliegen. Diese Träger haben einen Abstand von ca. 7,2 Metern (23,6 Fuß), sodass die neuen Abdeckungen freitragend sein mussten, um die bestehende Infrastruktur nutzen zu können. EAAB schlug vor, die Abdeckungen im Light Resin Transfer Molding (LRTM) herzustellen. Die Herausforderung: Verbundstrukturen dieser Größe waren in Kolumbien noch nie im LRTM-Verfahren gefertigt worden. Viele Fertiger lehnten das Projekt ab.

Eine Ausnahme war Innovative Engineering Solutions (Soling), ein Verbundwerkstoff-Fertiger in La Estrella, Antioquia, südlich von Medellín. Soling wurde 2014 von Javier Moreno gegründet, der mehrere Verbundwerkstoff-Unternehmen in Kolumbien betreibt. Rodrigo Vergara, Engineering Coordinator bei Soling, erklärt: „Niemand in Kolumbien hatte Erfahrung mit solchen Bauteilgrößen. Es ist das größte Verbundbauteil, das je in Kolumbien gefertigt wurde.“ Für Moreno war die Größe jedoch eine willkommene Herausforderung: „‚Unmöglich‘ ist ein Wort, das er nicht kennt. Er sagte: ‚Wir machen das!‘ Ich sagte: ‚OK!‘“

Soling schlug für Casablanca 840 gewölbte, rechteckige Verbundabdeckungen vor, jede 7,6 Meter lang und 2,4 Meter breit (24,9 × 7,9 Fuß). Das halbrunde Kuppeldesign wurde gewählt, so Vergara, „weil die geometrische Form mit der höchsten mechanischen Festigkeit ein Kreis ist. Das war der Hauptfaktor, um die freitragende Fähigkeit zu garantieren. Zudem mussten wir den einfachsten Transportweg vom Fertigungsort zum Einbauort finden – 418 Kilometer (260 Meilen) entfernt.“

Die Abdeckungen sollten per LRTM gefertigt werden, gemäß EAAB-Spezifikation mit blauem Gelcoat außen und weißem Gelcoat innen. Aus Glasgewebe und Polyesterharz bestehend, hat jede Abdeckung eine Oberfläche von 28,5 m² (207 sq ft) und wiegt 320 kg (705 lbs), davon 208 kg Harz. Mit einem Design und der Zusage zur Lieferung begann Vergara mit seinem Team die Arbeit.

Die perfekte Abdeckung bauen

Soling ging das Projekt nicht allein an. Ein Lieferantennetzwerk unterstützte: Der Distributor Minepro SAS (Medellín) bot technische Unterstützung und arbeitete mit dem Gerätelieferanten Magnum Venus Products (MVP, Knoxville, USA) zusammen, der Pumpen und Zubehör für LRTM lieferte. Die Materiallieferanten waren Andercol (Medellín) für Polyesterharz, Gelcoats und Support sowie Jushi (Tongxiang, China) für E-Glasgewebe.

Der erste Schritt war der Werkzeugbau. Die Frage: Wie viele Formen werden benötigt? Vergara erklärt, dass Soling zunächst das Fertigungstempo festlegen musste, um EAABs Liefertermine einzuhalten. Dies hing von den Baustellenanforderungen ab: Um die Wasserversorgung während der Montage nicht zu gefährden, wurde die betroffene Beckenhälfte geleert. Die Halbierung der Speicherkapazität erforderte schnellstmögliche Lieferung und Montage.

Soling einigte sich mit EAAB auf einen Plan: sechs Abdeckungen pro Tag. Bei Drei-Schicht-Betrieb (3 × 8 Stunden) erforderte das zwei Formen, die je Schicht eine Abdeckung produzieren. Die Formen wurden im Haus gebaut: Glasfaser-Verbund-Male/Female-Design mit Stahlstützstruktur.

Mit den Formen ging es an die Prozessentwicklung. Mit Minepro und MVP entschied man sich für zwei Harzinjektionsanschlüsse und einen Vakuumanschluss pro Form. Für die Injektion empfahl MVP die Patriot Innovator High-Volume RTM-Pumpe, die das große Harzvolumen pro Abdeckung bewältigt. Dazu kamen Turbo Autosprue-Ventile, Universal-Kupplungen, Dichtungen und Formenzubehör.

Der Fertigungsablauf: Die weibliche Formhälfte wurde mit weißem Gelcoat besprüht, die männliche mit blauem (beide von Andercol). Dann wurden Jushi E-Glasmatten und -gewebe von Hand in die weibliche Hälfte eingelegt. Per Kran wurde die männliche Hälfte abgesenkt, beide Hälften verklemmt. Nach Vakuumzug begann die Harzinjektion – ca. 40 Minuten pro Abdeckung – gefolgt von Raumtemperatur-Aushärtung. Nach dem Entformen wurde jedes Teil auf Endmaß getrimmt und Regenwasser-Ablaufrinnen in den Flansch geschnitten.

Die schiere Größe bei strengen Gewichts- und Maßvorgaben war die größte Herausforderung. Die Position der Injektionsanschlüsse und das Injektions-Timing erforderten viel Versuch und Irrtum sowie Expertenberatung. Schließlich fand Soling einen hochwiederholbaren, zuverlässigen Prozess.

„Die größte Herausforderung war das Gewicht der Elemente“, sagt Vergara. „Wir durften die Tragfähigkeit der bestehenden Struktur nicht überschreiten. Das erforderte, dass alle Teile identische Geometrie und Gewicht haben. Nur ein prozesssicheres Verfahren garantiert das.“

Die fertigen Abdeckungen wurden 418 km von Solings Werk bei Medellín nach Casablanca transportiert und per Kran auf die Trägerstruktur gehoben, von Arbeitern auf den Trägern positioniert. Obwohl nicht mechanisch befestigt, sind sie nicht zum Entfernen gedacht – „außer etwas sehr Ernstes passiert.“

Soling begann das Design Anfang 2019, die Fertigung 2020. Die Corona-Pandemie und gelegentliche technische Probleme verursachten Unterbrechungen, doch bis Ende 2020 waren alle 840 Abdeckungen in 7–8 Monaten gefertigt. Die neuen Abdeckungen sollen deutlich länger halten und weit weniger Wartung erfordern als die alten.

Das Casablanca-Projekt hat Solings Fähigkeiten als Fertiger hochwertiger, leistungsstarker Großverbundstrukturen bewiesen und Türen zu neuen Aufträgen geöffnet. „Wir mussten Paradigmen brechen, die sagten, Teile dieser Größenordnung ließen sich mit diesem Verfahren nicht fertigen – und wir haben es getan“, sagt Vergara. „Für Solings Zukunft ist klar: Es gibt kein Projekt, das wir nicht bewältigen können.“