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Sep 06, 2023

Fabrication de métal "The Bean" dans un nouveau millénaire

La vision d'Anish Kapoor pour la sculpture Cloud Gate dans le Millennium Park de Chicago était

La vision d'Anish Kapoor pour la sculpture Cloud Gate dans le Millennium Park de Chicago était qu'elle ressemble à du mercure liquide, reflétant de manière transparente la ville qui l'entoure. Atteindre cette homogénéité était un travail d'amour.

"Ce que je voulais faire dans Millennium Park, c'est faire quelque chose qui engagerait la ligne d'horizon de Chicago... de sorte que l'on verrait les nuages ​​flotter à l'intérieur, avec ces très grands bâtiments reflétés dans l'œuvre. Et puis, puisqu'elle a la forme d'une porte, le participant, le spectateur, pourra entrer dans cette chambre très profonde qui fait, d'une certaine manière, la même chose à son reflet que l'extérieur de la pièce fait au reflet de la ville environnante."– Anish Kapoor, artiste britannique de renommée mondiale, sculpteur de Cloud Gate

On pourrait à peine deviner en regardant la surface placide de la sculpture monumentale en acier inoxydable combien de métal et de courage se trouvent sous sa surface. Scellées dans Cloud Gate se trouvent les histoires - plus de cinq ans de création - de plus de 100 fabricants de métaux, coupeurs, soudeurs, finisseurs, ingénieurs, techniciens, ferronniers, monteurs et gestionnaires.

Beaucoup ont fait des heures supplémentaires, effectué des travaux d'atelier au milieu de la nuit, campé sur place et travaillé à des températures de 110 degrés dans des combinaisons Tyvek® complètes et des demi-masques respiratoires. Certains travaillaient dans des positions défiant la gravité, suspendus à des harnais tout en tenant des outils et en travaillant sur des pentes glissantes. Tout est allé un peu au-delà (et bien au-delà) pour que l'impossible devienne possible.

La matérialisation du concept de nuages ​​flottants éthérés du sculpteur Anish Kapoor dans la sculpture en acier inoxydable de 110 tonnes, 66 pieds de long sur 33 pieds de haut était la tâche de la société de fabrication Performance Structures Inc. (PSI), Oakland, Californie, et MTH, Villa Park, Illinois. Dans sa 120e année, MTH est l'un des plus anciens entrepreneurs de conception architecturale en métal et en verre de la région de Chicago.

La réalisation des exigences du projet exploiterait l'exécution artistique, l'ingéniosité, le savoir-faire mécanique et le sens de la fabrication des deux entreprises. Ils ont personnalisé et même créé des équipements pour le projet.

Certains des défis du projet découlaient de sa forme curieusement incurvée - un omphalus ou un nombril inversé - d'autres de son énormité. La construction de la sculpture sur des sites séparés à des milliers de kilomètres l'un de l'autre par deux entreprises différentes a créé des problèmes de transport et de style de travail. Bon nombre des processus qui devaient être effectués sur place étaient déjà assez difficiles à réaliser dans un environnement d'atelier, et encore moins sur le terrain. Une grande partie de la difficulté provenait simplement du fait qu'une telle structure n'avait jamais été créée auparavant; il n'y avait donc aucune référence, aucun plan directeur, aucune feuille de route.

Ayant une expérience approfondie de la création de structures de coque, d'abord sur des navires et plus tard sur d'autres projets artistiques, Ethan Silva de PSI était particulièrement qualifié pour la tâche de fabrication de structures de coque. Anish Kapoor a demandé au diplômé en physique et en art de fournir un modèle à petite échelle.

"J'ai donc fait un échantillon de 2 mètres sur 3, une pièce polie très légèrement incurvée, et il a dit:" Oh, vous l'avez fait, vous êtes le seul à l'avoir fait ", car il cherchait depuis deux ans pour trouver quelqu'un pour le faire ", a déclaré Silva.

Les plans originaux étaient que PSI fabrique et construise complètement la sculpture, après quoi la pièce entière serait expédiée vers le sud sur l'océan Pacifique, à travers le canal de Panama, vers le nord jusqu'à l'Atlantique et le long de la voie maritime du Saint-Laurent jusqu'à un port sur le lac Michigan, où un système de convoyeur spécialement conçu la transporterait jusqu'au Millennium Park, selon le directeur exécutif de Millennium Park Inc. Edward Uhlir. Les contraintes de temps et l'aspect pratique ont forcé ces plans à changer. Ainsi, les plaques incurvées devaient être renforcées pour le transport et transportées par camion à Chicago, où MTH assemblerait la sous-structure et la superstructure et joindrait les plaques à la superstructure.

En fin de compte, la sculpture devait ressembler à du mercure liquide, censé être l'inspiration de l'artiste.

La finition et le polissage des soudures de Cloud Gate pour obtenir une apparence homogène ont été l'un des aspects les plus difficiles des tâches de montage et d'assemblage sur site. Le processus en 12 étapes s'est conclu par un rouge éclaircissant semblable au polissage d'un bijoutier.

"Et donc nous avons essentiellement travaillé sur ce projet, en fabriquant ces pièces, pendant environ trois ans", a déclaré Silva. "C'était une tâche majeure. Et une grande partie de ce temps a été consacrée à trouver comment le faire et à peaufiner les détails ; vous savez, juste à le perfectionner. Notre approche, utilisant la technologie informatique et de bonnes techniques de travail des métaux à l'ancienne, était une combinaison de la forge et de la technologie aérospatiale. "

Il était difficile de fabriquer quelque chose de très précis qui serait si gros et si lourd, a-t-il déclaré. Les plus grandes plaques mesuraient en moyenne 7 pieds de large et 11 pieds de long et pesaient jusqu'à 1 500 livres.

"Faire tout le travail de CAO et simplement créer les dessins de construction réels de la pièce était en fait un gros projet en soi", a déclaré Silva. "Nous avons utilisé la technologie informatique pour mesurer les plaques et évaluer avec précision leur forme et leur courbure afin qu'elles s'emboîtent toutes correctement.

"Nous avons fait de la modélisation informatique, puis nous avons divisé le morceau", a déclaré Silva. "J'ai utilisé mon expérience avec les structures de coque et j'ai eu des idées sur la façon de diviser la forme pour faire fonctionner les lignes de couture afin d'obtenir des résultats de qualité optimale."

Certaines assiettes étaient carrées, d'autres en forme de tarte. Plus ils se rapprochaient des transitions nettes, plus ils étaient en forme de tarte et plus la transition radiale était importante. Au sommet, ils étaient beaucoup plus plats et plus grands.

La découpe au plasma des plaques d'acier inoxydable 316L de 1/4 à 3/8 de pouce d'épaisseur était suffisamment résistante, a déclaré Silva. "Le véritable défi était d'obtenir des plaques de mammouth avec une courbure suffisamment précise. Et cela a été fait en formant et en fabriquant très précisément le cadre du système de nervures pour chaque plaque. De cette façon, nous pouvions définir avec précision la forme de chaque plaque."

Les plaques ont été roulées sur un rouleau tridimensionnel que PSI a conçu et construit spécifiquement pour rouler ces plaques (voirFigure 1 ). "C'est une sorte de cousin d'un rouleau anglais. Nous les avons roulés en utilisant des techniques similaires à la fabrication de défenses", a déclaré Silva. Chaque plaque a été courbée en la déplaçant d'avant en arrière sur le rouleau, en ajustant la pression sur les rouleaux jusqu'à ce que la plaque soit à moins de 0,01 pouce de la dimension requise. Le haut niveau de précision requis a rendu difficile la formation de la plaque en douceur, a-t-il déclaré.

Les soudeurs ont ensuite soudé par points les plaques incurvées sur les structures internes du système de nervures. "Flux-core est vraiment une merveilleuse façon de créer des soudures structurelles, je pense, en acier inoxydable", a expliqué Silva. "Cela vous donne une soudure de grande qualité et c'est très axé sur la production et il a une belle apparence."

Les surfaces entières des plaques ont été à la fois meulées à la main et fraisées à la machine pour les tailler à la précision d'un millième de pouce nécessaire pour qu'elles s'emboîtent toutes (voirFigure 2 ). Des équipements de mesure de précision et de balayage laser ont été utilisés pour vérifier les dimensions. Enfin, les plaques ont été polies pour une finition miroir et recouvertes d'un film protecteur.

Avant que les plaques ne soient expédiées d'Oakland, environ un tiers des plaques ainsi que la base et la structure intérieure ont été érigées lors d'un aménagement d'essai (voirChiffres 3et4 ). Des procédures de suspension des plaques ont été planifiées et des soudures à la couture ont été effectuées sur quelques-unes des petites plaques pour les combiner. "Nous savions donc que cela allait convenir lorsque nous le mettions en place à Chicago", a déclaré Silva.

La température, le temps et les vibrations du camion auraient pu provoquer le relâchement des tôles laminées. Non seulement les grilles nervurées étaient conçues pour ajouter de la rigidité aux plaques, mais elles étaient également destinées à conserver la forme de la plaque pendant le transport.

Ainsi, avec la grille de renfort côté intérieur, les plaques ont été traitées thermiquement et refroidies pour relâcher les contraintes du matériau. Pour éviter davantage les dommages pendant le transport, des berceaux ont été fabriqués pour chaque plaque et les berceaux ont été chargés sur des conteneurs, environ quatre à la fois.

Ensuite, les conteneurs ont été chargés en semi-remorques, environ quatre à la fois, et ont été envoyés à Chicago, avec le personnel de PSI pour travailler avec le personnel de MTH sur l'installation. L'un était une personne chargée de la logistique pour coordonner l'expédition, et l'autre était un superviseur technique sur le terrain. Il travaillait quotidiennement aux côtés de l'équipe de MTH et aidait à développer de nouvelles techniques au fur et à mesure des besoins. "Il a certainement joué un rôle crucial dans le processus", a déclaré Silva.

Au début, la mission de MTH Industries était d'ancrer la sculpture éthérée au sol et d'installer la superstructure, puis d'y souder les plaques et d'effectuer le meulage et le polissage finaux, PSI assurant la direction technique, a déclaré Lyle Hill, président de MTH. L'achèvement de la sculpture signifiait équilibrer l'artistique avec le pratique; théorie avec réalité; le temps requis avec le temps prévu.

Lou Cerny, vice-président de l'ingénierie et chef de projet pour MTH, a déclaré que ce qui l'intriguait dans le projet était son caractère unique. "Il y a des choses qui se sont produites sur ce projet particulier qui, à notre connaissance, n'ont jamais été faites auparavant, ou vraiment envisagées auparavant", a déclaré Cerny.

Mais travailler sur une première du genre exigeait une ingéniosité agile et sur le terrain pour maîtriser des défis imprévisibles et répondre aux questions qui se posaient au fur et à mesure que le travail progressait :

Comment monter 128 plaques en acier inoxydable de la taille d'une voiture sur une superstructure permanente tout en les manipulant avec des gants de protection ? Comment souder l'énorme haricot recourbé sans s'appuyer dessus ? Comment pénétrer les soudures sans pouvoir souder de l'intérieur ? Comment obtenir une finition miroir parfaite sur des soudures en acier inoxydable dans un environnement de terrain ? Que se passe-t-il si la foudre le frappe ?

Cerny a déclaré que la première indication que ce serait un projet inhabituellement difficile était lorsque la construction et l'installation ont commencé sur le 30 000 lb. sous-structure en acier pour soutenir la sculpture.

Bien que les fabrications en acier de construction riches en zinc fournies par PSI pour l'assemblage de la base de la sous-structure aient été relativement simples, le site de la sous-structure était à mi-chemin au-dessus d'un restaurant et à mi-chemin au-dessus d'un parking, chacun à des altitudes différentes.

"Donc, la sous-structure était en quelque sorte en porte-à-faux, vacillant sur un point", a déclaré Cerny. "Là où nous placions une grande partie de cet acier, y compris le début du travail de la plaque elle-même, nous devions en fait faire conduire une grue dans un trou de 5 pieds de profondeur."

Cerny a déclaré qu'ils utilisaient des systèmes d'ancrage très complexes, y compris des systèmes de prétension mécanique, similaires aux types de choses qui sont utilisées dans les mines de charbon, et certaines ancres chimiques. Une fois la sous-structure en acier coulée dans le béton, une superstructure devait être érigée, à laquelle la coque serait fixée.

"Nous avons commencé à installer le système de fermes avec deux grands anneaux en forme de O en acier inoxydable 304 fabriqués, l'un à l'extrémité nord de cette structure et l'autre à l'extrémité sud", a déclaré Cerny (voir la figure 3). Les anneaux sont maintenus ensemble par des fermes de tuyaux qui s'entrecroisent. Le sous-châssis à noyau annulaire est construit en sections et boulonné sur place avec des renforts soudés à l'aide de GMAW et de soudage à la baguette.

"Il y a donc cette grande superstructure que personne ne voit jamais; c'est strictement pour l'ossature structurelle", a déclaré Cerny.

Malgré tous les efforts déployés pour concevoir, concevoir, fabriquer et ériger tous les composants nécessaires au projet à Oakland, cette sculpture était sans précédent, et de nouveaux sentiers flamboyants s'accompagnent toujours de bavures et d'égratignures. De plus, lier les concepts de fabrication d'une entreprise à ceux d'une autre n'était pas aussi simple que de passer le relais. De plus, la distance physique entre les sites a créé des retards de livraison qui ont rendu logiques certaines fabrications sur site.

"Bien que les procédures d'assemblage et de soudage aient été élaborées à l'avance à Oakland, les conditions réelles sur le terrain ont nécessité une ingéniosité adaptative de la part de chacun", a déclaré Silva. "Et l'équipe syndicale était vraiment géniale."

Au cours des premiers mois, le rituel quotidien de MTH consistait à déterminer ce qui était nécessaire pour le travail de la journée et la meilleure façon de fabriquer certains éléments nécessaires pour ériger le sous-châssis, ainsi que certaines des entretoises, des "amortisseurs", des bras, des chevilles et des pogo sticks nécessaires pour ériger un système de suspension temporaire des plaques, a déclaré Hill.

"C'était un processus continu, de concevoir et de fabriquer à la volée pour faire avancer les choses et les amener rapidement sur le site. Nous avons passé énormément de temps à trier ce que nous avions, à reconcevoir et à reconcevoir dans certains cas, puis à fabriquer les pièces nécessaires.

"Littéralement, mardi, nous aurions 10 morceaux de quelque chose que nous devions avoir sur place mercredi", a déclaré Hill. "Il y avait beaucoup d'heures supplémentaires, beaucoup de travail d'atelier effectué au milieu de la nuit."

"Probablement environ 75 % des ensembles de suspension de plaques ont été fabriqués ou modifiés sur le terrain", a déclaré Cerny. « À plusieurs reprises, nous avons littéralement fabriqué 24 heures sur 24. J'étais au magasin jusqu'à 2 ou 3 heures du matin, je rentrais chez moi, je prenais une douche et je récupérais du matériel à 5 ​​h 30 du matin, encore mouillé.

Le système de suspension temporaire utilisé par MTH pour assembler la coque était composé de ressorts, d'entretoises et de câbles. Tous les joints entre les plaques ont été temporairement boulonnés ensemble. "Donc, toute la structure était mécaniquement attachée, suspendue de l'intérieur, la charpente 304", a déclaré Cerny.

Ils ont commencé avec le dôme sous la sculpture de l'omphalus - le "nombril du nombril". Le dôme a été suspendu à la ferme à l'aide d'un système de support à ressort suspendu temporaire à quatre points composé de cintres, de câbles et de ressorts. Les ressorts ont fourni des « donnant-donnant » au fur et à mesure que d'autres plaques étaient ajoutées, a déclaré Cerny. Ensuite, les ressorts ont été réajustés en fonction du poids ajouté par chaque plaque pour aider à équilibrer l'ensemble de la sculpture.

Chacune des 168 plaques avait son propre système de support à ressort suspendu à quatre points et était donc soutenue individuellement lors de sa mise en place. "L'idée était de ne pas trop solliciter les joints, car ceux-ci étaient assemblés avec un dégagement de 0/0", a déclaré Cerny. "Si une plaque heurte la plaque en dessous, cela pourrait provoquer un flambage et d'autres problèmes."

Témoignage de la précision du travail de PSI, l'aménagement était si bon que les lacunes étaient presque inexistantes. "PSI a fait un travail formidable dans la fabrication des plaques", a déclaré Cerny. "Je leur en attribue tout le mérite, car au final, tout s'est bien passé. L'ajustement était excellent, ce qui pour moi était incroyable. Nous parlons littéralement de millièmes de pouce. Les plaques se sont assemblées avec un bord fermé. "

"Quand ils ont fini de l'installer, beaucoup de gens pensaient que c'était fini", a déclaré Silva, non seulement parce que les coutures étaient serrées, mais aussi parce que la pièce entièrement assemblée, avec ses plaques à finition miroir hautement polies, avait émergé dans son rôle pour refléter son environnement. Mais les coutures des joints bout à bout étaient visibles et le mercure liquide n'a pas de coutures. En outre, la sculpture devait encore être entièrement soudée pour conserver son intégrité structurelle pour toute la postérité, a déclaré Silva.

L'achèvement de Cloud Gate a dû être suspendu lors de la grande ouverture du parc à l'automne 2004, de sorte que l'omphalus était spot-GTAW, et c'est ainsi qu'il est resté pendant des mois.

"Vous pouviez voir de petites taches brunes, qui étaient des points de soudure TIG tout autour de la structure", a déclaré Cerny. "Nous avons commencé à remonter la tente en janvier."

"Le prochain grand défi de fabrication de ce projet était de souder les coutures sans perdre la précision de la forme en raison de la distorsion de retrait de la soudure", a déclaré Silva.

Le soudage au plasma a fourni la résistance et la rigidité nécessaires, avec un risque minimal pour les plaques, a déclaré Cerny. Un mélange à 98 % d'argon et à 2 % d'hélium fonctionnait le mieux pour réduire l'entartrage et améliorer la fusion.

Les soudeurs ont utilisé une technique de soudage au plasma en trou de serrure utilisant une alimentation Thermal Arc® et un ensemble tracteur et torche spécial développé et utilisé par PSI.

"Un petit insecte mécanique fonctionne sur une piste caoutchoutée qui contient la torche à plasma et le mécanisme d'alimentation en fil. La torche à plasma coupe un trou de serrure à travers les deux plaques. En coupant la plaque, un mécanisme d'alimentation en fil derrière la torche dans la zone de chaleur alimente le fil, et le fil fond et devient le joint de soudure ", a expliqué Cerny.

Le système semi-automatique utilise une piste caoutchoutée avec des ventouses afin qu'elle épouse la forme de la structure. "Lorsque vous vous déplacez autour d'une couture particulière et que la couture change de rayon, elle change également - elle se courbe également latéralement, pas seulement droite en deux dimensions", a déclaré Cerny.

"Les soudures devaient être des soudures à pleine pénétration, mais nous devions souder d'un seul côté, le tout depuis l'extérieur", a-t-il poursuivi. Pour obtenir une pénétration complète de la soudure, les soudeurs ont utilisé un canal ou une chambre en aluminium sur mesure à l'arrière qui chevauchait le joint à souder. Il était maintenu en place et pressé contre le joint par une série de pinces Robin. Il a été bouché avec du mastic si nécessaire pour empêcher la fuite de gaz de protection. Le canal a été inondé de gaz inerte de sorte que le gaz soit littéralement introduit dans le joint depuis la face intérieure, a expliqué Cerny.

"Nous ne parlons pas de nouvelle technologie, nous parlons d'utiliser la technologie dans des conditions de terrain dans des circonstances étranges et de la modifier pour qu'elle fonctionne vraiment", a déclaré Cerny. "Les têtes ont été modifiées, coupées à certains angles, et tout le reste a été légèrement modifié. Nous avons fait beaucoup d'expérimentations pour le faire fonctionner, car il s'agissait d'un soudage dans toutes les positions dans le même cycle, ce qui signifie qu'il est juste devant vous, verticalement vers le haut, verticalement vers le bas et au-dessus. Vous réglez donc constamment votre alimentation en gaz, votre vitesse d'alimentation en fil, la vitesse à laquelle vous vous déplacez. C'est quelque chose que les gars ont dû développer pendant qu'ils travaillaient avec.

"Je pense que la chose la plus énervante pour les soudeurs, c'est qu'ils savaient que si vous bousilliez et faites des trous, il y a beaucoup de réparations", a déclaré Cerny. "Si vous n'obtenez pas de soudures à pénétration complète, vous les coupez. Nous avons eu beaucoup de chance ; ils ont fait du très bon travail et ils l'ont fait assez rapidement. Essentiellement, nous l'avons fait dans le temps que nous avions prévu et au niveau de qualité que nous espérions."

"Parce qu'il s'agissait d'un projet pour la première fois, d'un nouveau processus et d'un nouveau produit, nous voulions pécher par excès de prudence", a déclaré Hill. "Par exemple, nous avons initialement suivi une recommandation sur la façon de précharger les plaques, comme nous l'appelons. La théorie est que vous poussez les deux bords où ces deux plans se rencontrent, forcez en fait les bords vers le haut, ou fiers, car ils sont soudés en place, puis sous-chauffés, ils se rétractent. Vous broyez alors le joint dans le plan. Vous ne voulez jamais avoir un joint concave.

"Eh bien, les gars sur le terrain ont souligné que les hypothèses initiales sur la façon dont l'acier réagirait pendant le soudage étaient très erronées. Le retrait pendant la technique de soudage au plasma a fini par être presque inexistant. Nous les poussions donc de 0,0015 pouce, puis ils se tenaient à 15 millièmes de haut. Nous avons donc commencé à le retirer. Il y a eu un certain nombre d'essais et d'erreurs. "

Une fois que toutes les plaques étaient entièrement en place et que le soudage des plaques extérieures était terminé, des soudures permanentes devaient être effectuées à l'intérieur.

La troisième et dernière phase du projet était le meulage et le polissage finaux.

"Le but était d'éliminer la visibilité de la couture", a déclaré Cerny (voirFigure 5 ). "Ce n'est pas seulement que vous essayez de faire disparaître cette chose sous une certaine quantité de lumière. Elle est entièrement exposée sous les lumières les plus brillantes disponibles - le plein soleil en plein midi. Les gens peuvent s'y approcher sous tous les angles possibles. Et nous étions plus qu'un peu inquiets. "

Travailler sur un projet unique, jamais réalisé auparavant comporte des risques. "Lorsqu'on nous a demandé de faire le soudage et le polissage au plasma, nous avons eu un petit débat en interne pour savoir si nous voulions ou non le faire", a déclaré Hill. "Nous avons eu des pairs dans l'industrie - à la fois des gars qui fabriquent uniquement en interne et des entreprises qui font de la fabrication et de la finition sur le terrain - nous ont dit : 'Vous n'allez pas pouvoir obtenir une finition miroir après avoir soudé de l'acier inoxydable. Vous aurez une décoloration ou une surface rugueuse, très probablement les deux.'

"Nous étions dans une situation difficile parce que c'est l'un de ces projets que nous avions beaucoup à gagner s'il se passait bien, et énormément à perdre si ce n'était pas le cas", a déclaré Hill. "J'ai eu beaucoup de nuits blanches pendant le travail."

La finition de la soudure était un processus en 12 étapes, a expliqué Cerny, en commençant par le meulage grossier de la soudure près de la surface existante à l'aide de papier de zirconium à grain 60 sur une bande circulaire. Pour broyer le matériau hors du joint afin qu'il se mélange avec les zones environnantes sans gougeage, tout le ponçage ultérieur a été effectué avec des ponceuses à bande semi-automatiques avec des roues dessus qui "monteraient" le matériau à l'extérieur du joint.

"Les roues avaient des vis de réglage, et nous réglions la hauteur ou la profondeur de la courroie et continuions à les ajuster jusqu'à ce que nous arrivions à la hauteur de la surface environnante et que tout soit mélangé au même niveau de finition", a déclaré Cerny.

À partir de là, les finisseurs ont utilisé une qualité spéciale de papier de verre céramique de grain 400, appelé CF-Trizact™. « C'est quelque chose que vous ne voyez pas vraiment dans notre industrie ; c'est généralement pour un instrument chirurgical. Mais cela fonctionne très bien sur l'acier inoxydable », a déclaré Cerny.

3M a travaillé avec eux pour développer de nouveaux systèmes de courroies afin de rendre la finition très brillante avant la phase de polissage finale, a-t-il déclaré.

"Ils nous ont permis de travailler sur certains qui ne sont pas encore sur le marché", a déclaré Cerny. "3M a également proposé probablement une douzaine de produits de ponçage, et nous en avons réduit à environ six qui fonctionnaient pour nous, donc la plupart de cela a été fait avec une machine à bande et des produits 3M."

Pourtant, vous pouvez diriger un omphalus vers du papier de verre, mais vous ne pouvez pas le faire briller.

"C'était beaucoup d'essais et d'erreurs", a déclaré Cerny. "Vous meulez et polissez des soudures sur une surface incurvée et sur de l'acier inoxydable relativement mince, ce qui est très impitoyable. Vous ne pouvez pas l'attaquer de manière trop agressive, car si vous le creusez, si vous obtenez une ondulation ou que vous le brûlez, vous allez passer un temps démesuré à remodeler cette pièce pour lui redonner la courbure appropriée, et essayer de remplacer l'une de ces plaques représenterait un effort colossal."

Éviter la distorsion lors du polissage des soudures était la partie la plus difficile du processus, a déclaré Cerny. "Cette surface au fini miroir est très, très susceptible de ressembler à un miroir funhouse si elle n'est pas exactement alignée, en particulier lorsque vous avez des bâtiments autour de vous avec des lignes droites.

"Ce qui signifie que les gars qui ont fait le travail de finition ont vraiment dû le sculpter. Ils ont dû utiliser un marqueur pour tracer une grille à travers le joint et la zone environnante, puis plier une bande de latte autour de la courbure. Et ils ont recherché tout point élevé ou un espace et les ont broyés jusqu'à ce qu'ils disparaissent.

"Vous pouvez commencer avec un cordon de soudure d'environ un demi-pouce de large et finir avec une zone de 18 à 20 pouces de large, mélangeant ce joint. C'est un peu comme ce que font les gens de la carrosserie, mais avec l'acier inoxydable, cela prend une éternité. Il ne pouvait y avoir de changements brusques dans la surface. "

Pour obtenir la finition miroir brillante, hautement polie et réfléchissante, les finisseurs ont utilisé une sorte de poli de bijoutier, une substance cireuse appelée rouge. Trois types de rouges contiennent trois grades d'abrasifs.

"Beaucoup de rouges qui sont capables de faire passer le poli d'une surface semi-finie à une finition miroir - nous les appelons des rouges de coupe - contiennent également une bonne quantité d'abrasifs, ce qui signifie qu'ils coupent littéralement l'inox. Notre problème était qu'ils ajoutaient également des distorsions, des vagues. Nous n'avons donc utilisé que le rouge à grains 800 final, un lubrifiant, pour éclaircir et éliminer les rayures finales", a déclaré Cerny.

"Tout le monde vous dira que si vous sautez une étape, vous devez revenir en arrière", a ajouté Cerny. "Parce que nous devions faire cela sur une base de coproduction - nous avions 24 ou 25 personnes travaillant en même temps juste à l'extérieur - nous devions nous assurer que toutes les étapes étaient suivies. Nous n'avons pas polir un carré de 3 pieds jusqu'au miroir, puis nous nous sommes déplacés. Nous faisions une certaine étape sur de grandes surfaces de la surface, puis nous faisions l'étape suivante.

"Mais l'objectif - et tout le monde croise les doigts - est que lorsque nous arrivons à l'étape suivante, tout se passe bien."

MTH avait mis en place un 60 par 100 pieds. tente sur mesure, d'abord pour éviter les perturbations hivernales lors de la construction de la sous-structure et de l'assemblage du noyau de l'anneau, puis pour confiner les gaz de soudage.

Étant donné que le broyage de l'acier inoxydable produit de la poussière de nickel-chrome et de chrome hexavalent, la tente était également nécessaire pour enfermer la structure afin d'empêcher la poussière et les copeaux de se déplacer dans la zone publique.

Cerny a décrit les conditions de travail difficiles à l'intérieur de la tente pendant le processus de finition : "Vous avez des vêtements, puis vous mettez une combinaison intégrale en Tyvek®, qui ne respire pas, puis une cagoule. Ensuite, vous mettez ce demi-masque respiratoire sur votre visage, et des gants, puis vous mettez un écran sur votre visage, alors qu'il fait 90 degrés à l'extérieur." La température dans le haut de la tente de protection pourrait dépasser 115 degrés.

"Et maintenant, vous travaillez sur cette structure à laquelle vous n'avez aucun moyen de vous tenir. Vous grimpez littéralement sur des cordes et tout ce que vous pouvez, et tenez un équipement. Essentiellement, nous avions des harnais de suspension à côté de la structure et sur toute la moitié supérieure de la structure à l'extérieur. Vous changez les courroies, vous réglez les machines, alors que vous êtes sur une surface en pente très glissante. Et en même temps, vous essayez de travailler. Vous avez toute cette poussière qui est soulevée . C'était un cauchemar. Vous pouvez donc imaginer à quel point il était difficile d'être productif", a déclaré Cerny.

Pour protéger les soudeurs et les finisseurs, MTH a fait fonctionner huit filtres HEPA en continu pendant le processus de soudage et a surveillé la qualité de l'air tout au long des étapes de soudage et de finition grâce à une connexion informatique au bureau, a déclaré Hill. "Nous étions très préoccupés par la santé et la sécurité des gars.

"Nous avions également l'OSHA sur place", a poursuivi Hill. "Nous avons suivi les règles de l'art en ce qui concerne les niveaux d'exposition et les tests. Nos gars faisaient du soudage et du meulage, et ils travaillaient dans des conditions vraiment mauvaises. Plus de chrome hexavalent est libéré pendant le processus de soudage que pendant le meulage, mais avec le meulage, nous avons eu tellement plus de mois d'exposition. Au moins avec cette structure, c'était une préoccupation plus importante que le soudage."

Pour PSI et MTH, le projet Cloud Gate a pris plus de temps que prévu.

"Le moment était vraiment venu pour nous de le faire", a déclaré Hill. "Le projet a duré près de deux ans et cela a vraiment fait mal, car nous avons dû refuser d'autres travaux.

"Nous étions physiquement limités quant au nombre de personnes pouvant travailler simultanément de manière productive. Ils seraient physiquement les uns sur les autres. À un moment donné, nous avions 24 de nos meilleures équipes de terrain là-bas. Nous avons eu certains des meilleurs ferronniers architecturaux du pays attachés à cette chose ", a déclaré Hill.

"Je pense que nous avons atteint le point où, OK, vous êtes dedans et vous vous y êtes engagé, donc vous allez devoir le terminer."

La finition finale sur Cloud Gate vient d'être terminée, et c'est donc officiellement terminé. Alors, la mission céleste a-t-elle été accomplie ? La peau de Cloud Gate ressemble-t-elle au mercure liquide ? La preuve est dans la réflexion. Le lecteur devra inspecter la sculpture et juger. Au moins un observateur a décrit Cloud Gate comme un aimant pour les gens - inclinez la tête et invariablement, ils sont attirés sous son arche de 12 pieds de haut pour observer leurs reflets dans son vortex de 27 pieds de haut.

Hills, Cerny et Silva ont eu des remarques élogieuses pour le travail et le savoir-faire de toutes les personnes impliquées.

"Les gars que nous avions au travail étaient phénoménaux", a déclaré Hill. "Nous avions là-bas trois ou quatre gars qui ne sont que des génies de la mécanique. Et quelques ferronniers ici dans l'atelier ont aidé à modifier l'équipement."

"La plupart des fabricants ont adopté l'attitude selon laquelle ce n'est pas seulement leur travail, c'est quelque chose que leurs enfants et petits-enfants pourront regarder", a déclaré Cerny. "Ils voulaient bien faire les choses. Ils ont vraiment pris cela beaucoup plus personnellement que n'importe quel autre travail que je les ai vu faire."

"Lorsque nous avons rencontré MTH pour la première fois, j'ai été très impressionné par leur attitude positive, leur sophistication technique et leur approche pratique pour résoudre les problèmes", a déclaré Silva.

Silva a ajouté : "Je pense que l'œuvre d'art est magnifique. C'est agréable de travailler avec quelque chose qui va exister pendant longtemps. Mes enfants et mes petits-enfants peuvent aller le voir. J'ai vraiment apprécié cet aspect."

Cerny est d'accord. "Cela survivra à chacun d'entre nous qui y avons travaillé. Il sera là pour les générations à venir."

Et après? "Au fil de ma vie, la construction de Cloud Gate sera toujours l'un des jalons de ma carrière", a déclaré Silva, ajoutant que cette expérience le conduisait dans de nouvelles directions passionnantes et satisfaisantes.

"Maintenant, nous allons chercher un autre problème à régler", a déclaré Cerny. "Je ne sais pas si j'aurais hâte d'en faire un autre tout de suite", a-t-il déclaré en riant.

Le temps peut dire s'il le fera ou non. La rumeur veut qu'un autre élément ait récemment été proposé pour Millennium Park - un pont brillant "épée de samouraï" menant du centre du parc au troisième étage de l'Art Institute adjacent. Avec une finition miroir. Du polissage de bijoux, quelqu'un ?

Former deux merveilles structurelles et de fabrication

Les deux structures en acier inoxydable conçues par Frank Gehry dans le Millennium Park de 24,5 acres, à Chicago, sont identifiables par ses conceptions "en ruban" emblématiques. En fait les deux structures sont intégrées ; l'approche sinueuse de la passerelle du pont Millennium BP fonctionne comme une barrière visuelle et sonore depuis Columbus Drive pour le pavillon Jay Pritzker, une salle de concert en plein air.

Le pavillon Jay Pritzker de 120 pieds de haut est une merveille de structure et de fabrication. Les rubans gonflés en acier inoxydable brossé qui encadrent l'ouverture de l'avant-scène sont soutenus par les fermes de toit du pavillon en contrebas, qui s'étendent en porte-à-faux à une distance remarquable de 130 pieds de la scène. La conception et la fabrication des rubans étaient un mariage d'illusion et de praticité, selon John Zils, du cabinet d'ingénieurs architectes Skidmore, Owings & Merrill LLP, Chicago, l'ingénieur structurel principal du pavillon ainsi que du pont BP.

"Nous avons décidé d'utiliser des sections droites et de les segmenter pour créer l'illusion de courbure", a déclaré Zils. "En d'autres termes, il n'y a en fait aucun membre tordu dans ces rubans", a déclaré Zils.

Les sections de charpente sont installées sur un 9 - par 10 pieds. grille pour former la courbure rugueuse. Les verticales sont des sections à larges ailes et les horizontales sont des tubes carrés, préfabriqués en atelier en sections droites. Le changement d'angle a lieu aux points nodaux sur la grille pour suivre la courbure, a déclaré Zils. "Ainsi, lorsque le revêtement en acier inoxydable a été fixé, il avait en fait la courbure exacte que Gehry recherchait."

La structure de secours a été préfabriquée en segments qui ont été installés à titre d'essai, puis amenés sur le site et assemblés en sections plus grandes. Des panneaux de secours en aluminium préfabriqués ont ensuite été montés sur la structure de secours avec une connexion boulonnée. Ensuite, les "bardeaux" en acier inoxydable ont été fixés mécaniquement avec des clips aux panneaux de support. "Ainsi, chacun des rubans métalliques pourrait avoir trois ou quatre sections structurelles préfabriquées qui ont ensuite été érigées en morceaux", a déclaré Zils.

La zone scénique est reliée à un treillis aérien de tuyaux d'acier qui s'entrecroisent. Le treillis tubulaire peint en mat composé de sections structurelles creuses arquées et sectionnées est un peu une divergence abrupte de forme et d'éclat par rapport aux rubans scintillants encadrant l'avant-scène - ressemblant à certains égards aux fermes tubulaires soutenant les rubans plus que les rubans eux-mêmes. Mais il sert un double objectif pratique, à la fois définissant sans colonne le coin salon de la pelouse de 7 000 personnes et soutenant structurellement le système de sonorisation à la pointe de la technologie, censé imiter l'acoustique d'une salle de concert intérieure.

" Frank Gehry voulait voir une structure honnête, a déclaré Zils. Considérée indépendamment, la " verrière acoustique " en plein air est, en elle-même, astucieuse.

Les sections structurelles creuses de 12, 14, 16, 18 et 20 pouces de diamètre, fabriquées par Acme Structural, Springfield, Mo., qui lacent la zone en diagonale et sont ajustées dans les joints TYK à des intervalles nodaux désignés avec précision. Acme Structural a coupé le tuyau et fabriqué et soudé les joints TYK, ou nœuds, où les tuyaux se croisent. De toute évidence, les intersections soudées étaient essentielles.

Chacune des sections de tuyau a été laminée à l'un des cinq rayons différents, allant d'un rayon pointu de 100 pieds à un rayon peu profond de 1 000 pieds. rayon - sur d'énormes cintreuses à trois rouleaux Roundo de Chicago Metal Rolled Products, (CMRP) Chicago, la société Acme Structural engagée pour cintrer les tuyaux.

L'aspect fini était essentiel, de sorte qu'il ne pouvait y avoir aucune égratignure - même pas aussi profonde qu'un ongle - dans le tuyau, a déclaré le président du CMRP, George Wendt. Non seulement l'entreprise devait utiliser TLC pour manipuler les tuyaux, en utilisant des élingues en nylon, par exemple, mais elle devait aussi les rouler de manière à minimiser les dommages en cours de fabrication. Le fabricant a dû développer des outils personnalisés - des ensembles de rouleaux - pour s'adapter à chaque diamètre, ainsi que le processus pour courber ces gros tuyaux à froid selon les normes structurelles exposées architecturales (AESS). De plus, à l'origine, les conceptions de Gehry prévoyaient que les tuyaux se courbent en deux dimensions sur deux plans - nécessitant 20 rayons de courbure différents, selon Zils. Le CMRP a suggéré des modifications de conception qui simplifiaient le projet et réduisaient le nombre de rayons différents, tout en conservant visuellement l'effet recherché par Gehry, a déclaré Zils.

"Nous avons suggéré qu'il serait plus facile à fabriquer et moins coûteux de plier le tuyau sur un plan et de changer les rayons au point où chacun des tuyaux se croise à ces jonctions nodales", a déclaré Wendt. "C'est un peu plus compliqué qu'il n'y paraît. Deux tuyaux arqués jaillissent de chaque pylône. L'un forme une courbe plate et basse et l'autre une courbe plus élevée. Ils s'inclinent de sorte qu'ils finissent par deux ou trois pylônes de l'autre côté du terrain. Ils rencontrent les autres tuyaux et les sillonnent au même plan à des angles différents. "C'était donc une percée majeure du point de vue de la fabrication et une grande réduction des coûts", a déclaré Zils.

L'autre élément conçu par Frank Gehry dans le Millennium Park est un pont piétonnier en pente de 925 pieds de long qui serpente apparemment sans but, mais qui fonctionne en fait comme un lien vers Grant Park et le lac Michigan ainsi qu'une barrière acoustique pour le pavillon. Outre sa terrasse en bois franc, elle est entièrement revêtue de panneaux en acier inoxydable.

Zils a déclaré qu'un défi majeur était de répondre aux exigences de forme, de configuration et de profil bas (rapport de 1 à 20) de Gehry. "Nous devions trouver un moyen de traverser Columbus Drive, une artère majeure avec un certain dégagement minimum, tout en créant un pont qui avait un profil assez fin et une forme curviligne", a déclaré Zils. "La profondeur structurelle avec laquelle nous devions travailler ne cessait de se resserrer. C'est en partie la raison des très longues approches des passerelles, pour créer cette pente douce."Implication précoce du fabricant.Comme il l'a fait avec le pavillon Jay Pritzker, Zils a collaboré avec des entrepreneurs et des fabricants d'acier pour s'assurer que les rayons et les dimensions des composants seraient réalisables.

Trois systèmes structuraux différents composent la structure du pont, a expliqué Zils : Deux longues approches de passerelles curvilignes - une de chaque côté de Columbus Drive - mènent à l'entraînement et sont des structures en béton armé.

Des sections de fermes en porte-à-faux en acier de construction s'étendent de ces deux approches en béton sur le bord de la chaussée. Ils sont constitués de tuyaux en acier de construction de 2 pouces d'épaisseur et de 20 pouces ronds et d'éléments de raccordement (sections de bride de 10 et 14 pouces de large) soudés ensemble dans une configuration en treillis en porte-à-faux.

La connexion de ces sections en porte-à-faux est une structure de poutre-caisson rectiligne en acier de construction de 6 pieds de large, 3 pieds et 6 pouces de profondeur avec un dessous arqué. Cette poutre est l'élément qui supporte la charge. Il est construit d'une plaque de 1-1/2 po d'épaisseur à la verticale, et les plaques horizontales supérieure et inférieure varient en épaisseur. Il est soutenu par les points de jonction aux extrémités des porte-à-faux, ainsi que par un pylône central en béton soutenu indépendamment au milieu de Columbus Drive.

La courbure du pont est créée non seulement par la disposition en serpentin, mais aussi par des «jupes» s'évasant horizontalement à partir des côtés du pont.

Jupes. Ce qui compose réellement les jupes du pont, ce sont des structures secondaires soudées à la poutre-caisson et en porte-à-faux dans le sens de la largeur, a expliqué Zils. Les plaques de bride supérieure et inférieure de 1-1/2 po d'épaisseur et de 10 et 8 po de largeur et d'autres formes fabriquées agissent comme des bras de stabilisateur sur 10 pi. centres. Les éléments horizontaux reliés entre les bras stabilisateurs agissent comme des entretoises horizontales. Un panneau de support en aluminium s'étend entre les entretoises. Ensuite, le revêtement en acier inoxydable est fixé mécaniquement au panneau de support. Cette jupe forme le bord incliné du pont.

Permasteel est un Cladding Technologies, USA, Windsor, Conn., le sous-traitant du projet qui a fabriqué tous les composants en acier pour la jupe, le dessous et la passerelle, a produit 9 406 panneaux en acier inoxydable. Les panneaux sont fabriqués comme des bardeaux, conçus pour évacuer l'eau de la pluie ou de la neige comme des écailles de poisson.

Cambre.De plus, le dessous du pont s'arque au-dessus de Columbus Drive - obtenu par une combinaison de la courbure structurelle des sections en porte-à-faux et de la poutre-caisson, et des montants incurvés qui suivent les formes arquées.

Radius Track, Blaine, Minnesota, a fabriqué les 132 goujons en acier incurvés qui formaient la courbure finale de la structure "inférieure". Les poteaux et les poutres en acier galvanisé G90 de 0,054 po d'épaisseur (calibre 16) sont fixés à la superstructure en tôle d'acier lourde, ou "fer rouge". Des panneaux en aluminium standard et des clips de selle ont été fixés aux montants pour aider à créer la surface incurvée. Les bardeaux en acier inoxydable sont fixés mécaniquement aux montants courbes.

Permasteelisa a utilisé CATIA® pour créer des fichiers de coordonnées XYZ à envoyer à Radius Track qui indiquaient précisément où et comment les goujons creux laminés devaient être courbés. CATIA a modélisé les différents degrés, emplacements et longueurs des coudes et a produit un fichier de commande numérique qui a été envoyé directement à la machine à commande numérique par ordinateur de Radius Track qui courbe et fabrique les montants. Des fichiers séparés indiquaient où les trous de montage devaient être percés pour les entretoises entre les poutres à montants incurvés.

La méthode exclusive de sertissage et de courbure de Radius Track réduit le temps nécessaire pour courber les goujons, selon le président Chuck Mears. L'autre méthode couramment utilisée - couper et attacher - prend plus de temps car les goujons doivent être coupés presque complètement, pivotés et rattachés avec des attaches, a-t-il déclaré.

Fenêtre d'opportunité d'un week-end.

Intensifiant la pression créée par les défis inhérents au projet, seule une courte fenêtre d'opportunité existait pour l'érection et l'installation des sections en porte-à-faux et de la poutre-caisson. Columbus Drive ne serait fermé qu'un week-end. "L'une de nos exigences était donc que ces parties du pont soient assemblées et simulées dans l'atelier afin que le fabricant puisse ensuite vérifier tous ses alignements avant de tout expédier ici sur le site", a déclaré Zils. "Faire ces aménagements d'essai dans le magasin était crucial." "Le montage ce week-end s'est littéralement déroulé sans accroc", a déclaré Zils.