堅牢な複合材カバーがボゴタの水資源を守る

コロンビアのボゴタにおける水の貯蔵と供給は、大都市であればどこでもそうであるように、複雑な課題です。人口約900万人のこの都市は、年間降水量824ミリ（32インチ）とボゴタ川の流れに恵まれており、水源自体に不足はありません。真の課題は、その水をいかに取水し、浄水し、貯蔵して、住民と企業が必要なときに安全な飲料水として利用できる状態に保つかという点にあります。これを実現するため、ボゴタ上下水道公社（EAAB）は長年にわたり、市内に59基の貯水タンクを建設し、浄水された水を貯蔵・供給してきました。

これらのタンクの中には完全に密閉されたタンクもあれば、古いものは巨大なコンクリート製の貯水池で、取り外し可能なカバーで外部から保護されているものもあります。その一つ「カサブランカ」タンクは、ボゴタ南部のシウダ・ボリバル地区に位置し、約300万人の人口に水を供給しています。カサブランカはEAABネットワーク最大、かつコロンビア最大の貯水タンクで、長さ144メートル（472フィート）×幅110メートル（361フィート）×深さ9メートル、容量143,000立方メートル（約3,800万ガロン）を誇ります。タンク中央にはコンクリート製の隔壁が縦に走り、水は2つの区画に均等に貯蔵されています。

築66年のカサブランカの維持管理は容易ではありません。2009年、タンク底部のコンクリートに亀裂が見つかり、毎時36万リットル（約95,000ガロン）もの水が漏出していることが判明しました。ポリウレアコーティングによる補修で漏水はゼロに抑えられましたが、コンクリートより上部に別の問題が残っていました。貯水を保護するカバーが、コンクリートとアスベストの混合物で作られており、水質と人体への重大な脅威となっていたのです。また、旧カバーは故障しやすく、維持費も高額でした。EAABは、より安全で軽量、耐久性に優れた代替カバーを必要としていました。

大型カバー、そして大量のカバー

EAABは複合材カバーの採用を決定しましたが、プロジェクトの規模が即座に課題となりました。カサブランカ内部にはコンクリート柱が格子状に配置され、それらが梁を支え、カバーがその上に載る構造になっています。梁間隔は約7.2メートル（23.6フィート）であり、新しいカバーは既存インフラを活用するため、このスパンを自立でカバーしなければなりません。EAABは軽量RTM（LRTM）工法での製造を提案しました。しかし、この用途に必要なサイズの複合材構造物をLRTMで製造した例はコロンビアにはなく、多くのファブリケーターが手を引きました。

例外だったのが、コロンビア・アンティオキア県ラ・エストレージャ（メデジンの南）に拠点を置く複合材ファブリケーター「Innovative Engineering Solutions（ソリング）」です。ソリングは2014年、ハビエル・モレノ氏によって設立され、同氏はコロンビア国内外で複数の複合材製造会社を経営しています。ソリングのエンジニアリングコーディネーター、ロドリゴ・ベルガラ氏によれば、カバーの大きさが多くのファブリケーターにとって「ノンスタート」だったといいます。「コロンビアではこのサイズの部品製造経験が誰もなかったためです。これはコロンビアで製造された最大の複合材部品です」。しかしモレノ氏にとって、このサイズは魅力的な挑戦でした。「オーナーのモレノにとって、『不可能』という言葉は辞書にありません。『やり遂げる！』と言ったので、私も『了解！』と応じました」とベルガラ氏は振り返ります。

ソリングはカサブランカプロジェクト向けに、長さ7.6メートル、幅2.4メートル（24.9×7.9フィート）のドーム型長方形複合材構造体を840枚製造することを提案しました。半円形のドーム形状を採用した理由についてベルガラ氏は、「最も機械的抵抗が大きい幾何学形状は円周です。これがカバーを自立可能にする主要因でした。また、製造現場から設置現場まで418キロ（260マイル）離れているため、輸送しやすい形状を見つける必要もありました」と説明します。

カバーはLRTMで製造され、EAABの仕様により外面にブルーのゲルコート、内面にホワイトのゲルコートが施されます。ガラス繊維布とポリエステル樹脂で構成され、表面積28.5平方メートル（約207平方フィート）、重量320キログラム（705ポンド）のうち208キロが樹脂です。設計が固まり、納入へのコミットメントがなされると、ベルガラ氏とソリングは作業に着手しました。

完璧なカバーの製造

もちろんソリングは単独でこのプロジェクトに取り組んだわけではありません。ディストリビューター、材料サプライヤー、設備サプライヤーからなるサプライネットワークと連携しました。ディストリビューターのMinepro SAS（メデジン）が技術支援を行い、設備サプライヤーのMagnum Venus Products（MVP、米国テネシー州ノックスビル）がLRTM用のポンプと補助機器を供給。材料サプライヤーは、Andercol（メデジン）がポリエステル樹脂マトリックス、ゲルコート、技術支援を、Jushi（中国トンサン市）がE-ガラス繊維布を提供しました。

製造は当然ながら金型製作から始まります。問題は必要な金型の数です。これを決めるため、ベルガラ氏はまずEAABの納入要件を満たす生産ペースを確立しました。これは現場要件にも影響されます。新カバーの設置中に水道水を汚染しないよう、EAABはカバーを納入・設置する側の区画を空にすることに同意しました。貯水能力が半分になることは大きな課題であるため、EAABは納入と設置を可能な限り迅速に行う必要がありました。

ソリングはEAABと協議し、1日6枚のカバーを納入する生産スケジュールで合意しました。1日3交代（各8時間）で稼働する工場では、1交代で1枚製造できる金型が2基必要となります。金型は社内で製作され、ガラス繊維複合材製の雄雌型にスチール製支持構造を裏打ちした設計です。

金型が完成すると、ソリングはドームの具体的な製造方法を確立しました。MineproとMVPとの協議の結果、各金型に樹脂注入ポート2箇所、真空ポート1箇所を設けることになりました。樹脂注入にはMVPの「Patriot Innovator」高容量RTMポンプユニットを採用。各カバーに必要な大量の樹脂供給に対応します。また、MVPの「Turbo Autosprue」バルブ、ユニバーサルカプラー、シール、金型アクセサリーも使用されました。

カバー1枚の製造は、雌型側にホワイトゲルコート、雄型側にブルーゲルコートをスプレーすることから始まります（いずれもAndercol製）。次に、Jushi製E-ガラスマットと布を雌型側に手作業でレイアップ。クレーンで雄型を雌型に降ろし、両半分をクランプで固定。真空引き後、樹脂注入を開始。注入は約40分で完了し、常温で硬化。脱型後、最終寸法にトリミングし、カバーのフランジ面に雨水排水用の溝を切削します。

ベルガラ氏によれば、カバーの巨大さと厳格な重量・寸法要件が最大の製造課題でした。注入ポートの位置決めと注入タイミングの管理には多くの試行錯誤と専門家との相談を要しましたが、最終的に高い再現性と信頼性を持つ製造プロセスを確立しました。

「最大の課題は、設置する部品の重量でした。既存構造の許容荷重を超えることはできません。したがって、すべての部品が形状と重量の両面で同一特性を持つ必要があります。これを保証できるのは、再現性を担保するプロセスだけです」とベルガラ氏は語ります。

完成したカバーは、ソリングの工場（メデジン近郊）からカサブランカ現場（ボゴタ）まで418キロ（260マイル）トラック輸送され、クレーンで吊り上げられて支持構造上に降ろされ、梁の上に立った作業員によって位置決めされました。カバーは支持構造に機械的に固定されていませんが、「よほど深刻な事態がない限り、移動や取り外しを想定していません」とベルガラ氏は付け加えます。

ソリングは2019年初頭にカバーの設計を開始し、2020年に最初のカバー製造に着手。新型コロナウイルスのパンデミックと時折の機械トラブルで中断を繰り返しながらも、7〜8ヶ月で全840枚の製造を完了し、2020年末に終了しました。新カバーは旧カバーより大幅に長寿命で、メンテナンスも大幅に削減される見込みです。

カサブランカプロジェクトは、ソリングが高品質・高性能・大型複合材構造物のファブリケーターとしての能力を証明し、新たな機会を切り開くものとなりました。「このプロジェクトでは、『この規模の部品をこの製法で作ることはできない』という固定観念を打ち破らなければなりませんでしたが、私たちはやり遂げました。ソリングの未来にとって一つ明確なのは、私たちにできないプロジェクトはないということです」とベルガラ氏は力強く語ります。