Tutup Komposit Kuat Melindungi Sumber Daya Air Bogotá
Penyimpanan dan distribusi air di Bogotá, Kolombia, seperti di kawasan perkotaan besar lainnya, merupakan tantangan yang kompleks. Tantangannya bukan mengenai pasokan, karena kota berpenduduk sekitar 9 juta jiwa ini menerima curah hujan 32 inci (824 milimeter) setiap tahun, selain Sungai Bogotá yang mengalir melalui kota. Tantangannya adalah menangkap air tersebut, memprosesnya, lalu menyimpannya sehingga tetap layak minum dan tersedia sesuai kebutuhan penduduk dan bisnis. Untuk hal ini, Empresa de Acueductos y Alcantarillados (Perusahaan Akueduk dan Saluran, EAAB, Bogotá) telah membangun serangkaian 59 tangki di seluruh kota selama bertahun-tahun untuk menyimpan air yang telah diproses dan memastikan pasokan bagi pelanggan.
Beberapa tangki ini adalah tangki sebenarnya — sepenuhnya tertutup untuk melindungi air dari elemen luar. Yang lainnya, banyak di antaranya yang lebih tua, adalah wadah beton massal yang dilindungi dari elemen luar dengan serangkaian tutup yang dapat dilepas. Salah satu tangkinya, bernama Casablanca dan berada di kota Ciudad Bolivar di bagian selatan Bogotá, melayani populasi sekitar 3 juta orang. Casablanca, tangki penyimpanan air terbesar dalam jaringan EAAB dan juga terbesar di Kolombia, berukuran 144 meter (472 kaki) panjang x 110 meter (361 kaki) lebar x 9 meter dalam dan mampu menyimpan 143.000 meter kubik (38 miliar galon) air. Tangki ini terbelah oleh pembatas beton yang berjalan di tengahnya sehingga air disimpan di dua bagian yang sama besar.
Pemeliharaan Casablanca berusia 66 tahun bukan tugas yang mudah. Pada 2009, ditemukan bahwa retakan di lantai beton tangki menyebabkan air bocor sebanyak 360.000 liter (95.000 galon) setiap jam. Perbaikan beton dengan lapisan polyurea mengurangi bocoran menjadi nol. Namun, Casablanca masih memiliki masalah di atas beton. Air dalam tangki dilindungi oleh serangkaian tutup yang terdiri dari campuran beton dan asbes, yang mengancam kualitas air dan kesehatan manusia. Tutup lama juga rapuh dan mahal dalam pemeliharaan. EAAB perlu mengganti tutup lama dengan alternatif yang lebih aman, lebih ringan, dan lebih awet.
Tutup Besar, dan Banyaknya
EAAB memutuskan mengikuti solusi komposit untuk tutup-tutup itu, tetapi segera dihadapkan pada skala proyek. Casablanca dilintasi oleh serangkaian tiang beton yang mendukung jaringan balok tempat tutup diletakkan. Balok ini berjarak sekitar 7,2 meter (23,6 kaki), sehingga tutup baru harus mandiri dan mampu menutupi jangkauan tersebut untuk memanfaatkan infrastruktur yang ada. EAAB mengusulkan agar tutup-tutup tersebut diproduksi melalui light resin transfer molding (LRTM). Tantangannya? Struktur komposit berukuran ini untuk aplikasi ini belum pernah diproduksi melalui LRTM di Kolombia. Banyak produsen tidak mampu menanggung proyek ini.
Pengecualinya adalah Innovative Engineering Solutions, atau Soling, produsen komposit yang berlokasi di La Estrella, Antioquia, Kolombia, tepat di selatan Medellín. Soling didirikan pada 2014 oleh Javiar Moreno, yang memiliki dan mengelola beberapa perusahaan manufaktur komposit di sekitar Kolombia. Rodrigo Vergara, koordinator teknik di Soling, mengatakan ukuran tutup merupakan hambatan besar bagi banyak produsen. “Tidak ada yang memiliki pengalaman dengan hal ini di Kolombia karena ukuran bagian tersebut,” katanya. “Ini adalah bagian komposit terbesar yang pernah diproduksi di Kolombia.” Namun bagi Moreno, ukuran tutup adalah tantangan yang menarik. “Untuk pemilik kami [Moreno],” kata Vergara, “ini adalah mimpi yang menjadi kenyataan. ‘Mustahil’ adalah kata yang tidak ada dalam kamusnya. Katanya, ‘Kami akan melakukannya!’ Saya katakan, ‘Oke!’”
Soling mengusulkan solusi spesifik untuk proyek Casablanca: serangkaian 840 struktur komposit berbentuk dom dan persegi panjang, masing-masing berukuran 7,6 meter panjang dan 2,4 meter lebar (24,9 x 7,9 kaki). Desain bundar setengah lingkaran dipilih, kata Vergara, karena “bentuk geometris yang memiliki resistensi mekanik tertinggi adalah lingkaran. Ini adalah faktor utama untuk memastikan bahwa tutup-tutup tersebut mandiri. Di sisi lain, kami harus menemukan cara termudah untuk mengirimkannya dari lokasi produksi ke titik pemasangan, yang berjarak 260 mil.”
Tutup-tutup akan diproduksi melalui LRTM dengan, menurut spesifikasi EAAB, lapisan gel coat biru di permukaan luar dan lapisan gel coat putih di permukaan dalam. Terbuat dari kain serat kaca dan resin polietilena, tutup dengan luas permukaan 28,5 meter persegi (207 kaki persegi) akan berat 320 kilogram (705 pon), di antaranya 208 kilogram adalah resin. Dengan desain yang sudah ada dan komitmen untuk mengirimkan tutup, Vergara dan Soling segera mulai bekerja.
Membangun Tutup Sempurna
Tentu saja, Soling tidak mengambil proyek Casablanca tanpa bantuan. Bekerja sama dengan perusahaan adalah jaringan pasokan yang termasuk distributor, pemasok bahan, dan pemasok peralatan. Distributor, Minepro SAS (Medellín, Kolombia), memberikan dukungan teknis dan bekerja sama dengan pemasok peralatan Magnum Venus Products (MVP, Knoxville, Tenn., AS), yang menyediakan pompa dan peralatan pendukung untuk proses LRTM. Pemasok bahan adalah Andercol (Medellín), yang menyediakan matriks resin polietilena, gel coat, dan dukungan teknis, serta Jushi (Tongxiang City, Tiongkok), yang menyediakan kain serat kaca E-glass.
Secara alami, manufaktur dimulai dengan alat cetak. Pertanyaan adalah berapa banyak cetakan yang diperlukan proyek ini. Untuk menentukan hal ini, Vergara mengatakan Soling terlebih dahulu harus menetapkan kecepatan produksi untuk memenuhi persyaratan pengiriman EAAB. Hal ini, giliran, dipengaruhi oleh persyaratan di lokasi kerja. Untuk menghindari kontaminasi potensial terhadap pasokan air selama pemasangan tutup baru, EAAB setuju untuk mengosongkan setengah Casablanca di atasnya tutup-tutup sedang diantar dan diturunkan ke tempat. Mengurangi kapasitas penyimpanan air Casablanca setengahnya menimbulkan tantangan, sehingga EAAB membutuhkan pengiriman dan pemasangan secepat mungkin.
Soling, bekerja sama dengan EAAB, menjelaskan Vergara, menetapkan jadwal produksi yang akan mengirimkan enam tutup setiap hari. Di fasilitas yang beroperasi tiga shift delapan jam per hari, hal ini memerlukan dua cetakan, masing-masing mampu memproduksi satu tutup per shift. Cetakan, katanya, dibangun secara internal dan terdiri dari desain komposit serat kaca machin/female yang didukung oleh struktur pendukung baja.
Setelah cetakan selesai, Soling kemudian memulai pekerjaan untuk menentukan bagaimana, secara spesifik, dome akan diproduksi. Bekerja sama dengan Minepro dan MVP, Vergara mengatakan diputuskan setiap cetakan akan diisi oleh dua port injeksi resin, dengan satu port vakum. Untuk injeksi resin, MVP merekomendasikan penggunaan unit pompa Patriot Innovator high-volume resin transfer molding (RTM), yang mampu mengirimkan volume resin yang dibutuhkan oleh setiap tutup. MVP juga menyediakan valva Turbo Autosprue, serta kopling universal, seal, dan aksesori cetakan.
Untuk memulai produksi tutup, kata Vergara, separuh female cetakan disemburi gel coat putih dan separuh male cetakan disemburi gel coat biru. Seperti yang disebutkan, kedua gel coat disuplai oleh Andercol. Selanjutnya, mat dan kain serat kaca E-glass dari Jushi diletakkan secara manual ke dalam separuh female cetakan. Ini diikuti dengan penurunan, melalui crane, separuh male cetakan ke dalam separuh female cetakan, dengan kedua separuh ditempel bersama. Setelah vakum ditarik, injeksi resin dimulai. Vergara mengatakan injeksi setiap tutup selesai dalam waktu sekitar 40 menit, diikuti dengan pengeringan pada suhu ruangan. Setelah setiap tutup dilepaskan dari cetakan, ia dipotong sesuai dimensi akhir dan saluran umpan untuk mitigasi air hujan dibuat di permukaan flange tutup.
Vergara mengatakan ukuran besar tutup, dikombinasikan dengan persyaratan berat dan dimensi yang ketat, merupakan tantangan terbesar dalam produksinya. Menentukan lokasi port injeksi dan mengelola waktu injeksi memerlukan banyak percobaan dan konsultasi dengan ahli teknis. Akhirnya, namun, Vergara mengatakan Soling menetapkan proses pembuatan yang terbukti sangat dapat diulang dan andal.
“Tantangan terbesar adalah berat elemen yang akan kita pasang, karena kita tidak boleh melebihi kapasitas beban struktur yang ada,” kata Vergara. “Hal ini memerlukan semua bagian memiliki karakteristik yang sama, baik dalam geometri maupun berat. Satu-satunya cara untuk menjamin kondisi ini adalah dengan menggunakan proses yang jamin repeatabilitasnya.”
Tutup selesai dikirim sejauh 418 kilometer (260 mil) dari fasilitas Soling di dekat Medellín ke lokasi kerja Casablanca di Bogotá dan kemudian dipasang melalui crane, diturunkan ke struktur pendukung dan diposisikan oleh pekerja yang berdiri di balok tempat tutup akan diletakkan. Meskipun tutup tidak secara mekanis dipasang pada struktur pendukung, Vergara mengatakan mereka juga tidak dirancang untuk dipindahkan atau dilepaskan kecuali “jika sesuatu yang sangat serius terjadi.”
Soling memulai pekerjaan desain tutup pada awal 2019 dan memulai pembuatan tutup pertama pada 2020. Pandemi coronavirus dan tantangan mekanis sesekali menyebabkan produksi berhenti dan berjalan, tetapi Vergara mengatakan Soling menyelesaikan produksi semua 840 tutup selama periode 7-8 bulan, selesai pada akhir 2020. Diperkirakan tutup baru akan bertahan jauh lebih lama dan memerlukan pemeliharaan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan yang digantikan.
Proyek Casablanca, kata Vergara, telah menunjukkan kemampuan Soling sebagai produsen struktur komposit besar berkualitas tinggi dan performa tinggi, dan telah membuka pintu peluang lainnya. “Proyek ini adalah tantangan di mana kami harus memecahkan paradigma yang mengatakan bagian dengan magnitudo ini tidak dapat dibuat menggunakan metode manufaktur ini, dan kami tetap melakukannya,” katanya. “Untuk masa depan Soling, sesuatu yang sangat jelas: Tidak ada proyek yang tidak mampu kami lakukan.”
