Anish Kapoor had voor het beeldhouwerk Cloud Gate in Millennium Park in Chicago de visie dat het op vloeibaar kwik zou lijken en de omringende stad naadloos zou weerspiegelen. Het bereiken van deze naadloosheid is een waar liefdeswerk.
“Wat ik in Millennium Park wilde doen, was iets maken dat in de skyline van Chicago zou passen… zodat mensen de wolken erin zouden zien zweven en die hoge gebouwen erin weerspiegeld zouden zien. Door de vorm van de deur kan de deelnemer, het publiek, deze diepe ruimte betreden, op een manier die hetzelfde effect heeft op de weerspiegeling van een persoon als de buitenkant van het kunstwerk heeft op de weerspiegeling van de omringende stad.” – wereldberoemde Britse kunstenaar Anish Kapoor, beeldhouwer van Cloud Gate
Als je naar het kalme oppervlak van deze monumentale roestvrijstalen sculptuur kijkt, is het moeilijk te vermoeden hoeveel metaal en moed eronder schuilgaat. Cloud Gate verbergt de verhalen van meer dan 100 metaalbewerkers, snijders, lassers, trimmers, ingenieurs, technici, ijzerbewerkers, installateurs en managers – allemaal gedurende vijf jaar.
Velen werkten overuren, deden 's nachts werkplaatswerk, kampeerden op de bouwplaats en zwoegden in temperaturen van 43 graden Celsius in volledige Tyvek®-pakken en halfgelaatsmaskers. Sommigen werkten in posities tegen de zwaartekracht in, bungelend aan veiligheidsgordels terwijl ze gereedschap vasthielden en werkten op gladde hellingen. Alles ging een beetje (en ver daarbuiten) om het onmogelijke mogelijk te maken.
Het versterken van het concept van etherische, zwevende wolken van beeldhouwer Anish Kapoor in een 110 ton zwaar, 20 meter lang en 10 meter hoog roestvrijstalen beeldhouwwerk was de taak van fabrikant Performance Structures Inc. (PSI) uit Oakland, Californië, en MTH uit Villa Park, Illinois. MTH viert zijn 120-jarig bestaan ​​en is een van de oudste aannemers in de regio Chicago die gespecialiseerd is in het ontwerpen van architectonische metaal- en glasconstructies.
Voor de realisatie van het project zijn de artistieke vaardigheden, vindingrijkheid, mechanische expertise en productiekennis van beide bedrijven nodig. Ze hebben speciaal voor het project apparatuur op maat gemaakt en zelfs gebouwd.
Een deel van de uitdagingen van het project komt voort uit de eigenaardige, gebogen vorm – een stip of een omgekeerde navel – en een ander deel uit de enorme omvang. De sculpturen werden gebouwd door twee verschillende bedrijven op verschillende locaties, duizenden kilometers van elkaar verwijderd, wat problemen opleverde met transport en werkmethoden. Veel processen die in het veld moeten worden uitgevoerd, zijn moeilijk te realiseren in een werkplaats, laat staan ​​in het veld. Veel moeilijkheden ontstaan ​​simpelweg omdat een dergelijke structuur nog nooit eerder is gemaakt. Dus geen referentie, geen blauwdruk, geen stappenplan.
Ethan Silva van PSI heeft ruime ervaring in het bouwen van schalen, aanvankelijk op schepen en later in andere kunstprojecten, waardoor hij gekwalificeerd is voor unieke schaalconstructietaken. Anish Kapoor vroeg afgestudeerden in natuurkunde en kunst om een ​​klein model te maken.
"Dus ik maakte een proefstuk van 2 bij 3 meter, een heel glad, gebogen en gepolijst stuk, en hij zei: 'Oh, jij hebt het gedaan, jij bent de enige die het gedaan heeft,' want hij was al twee jaar op zoek naar iemand die het kon doen," aldus Silva.
Het oorspronkelijke plan was dat PSI de sculptuur volledig zou fabriceren en construeren, en het geheel vervolgens over de Stille Oceaan naar het zuiden zou vervoeren, via het Panamakanaal, noordwaarts over de Atlantische Oceaan en langs de St. Lawrence Seaway naar een haven aan Lake Michigan, aldus Edward Uhlir, uitvoerend directeur van Millennium Park Inc. Volgens de verklaring zou een speciaal ontworpen transportsysteem het kunstwerk naar Millennium Park brengen. Tijdgebrek en praktische overwegingen dwongen echter tot een wijziging van deze plannen. De gebogen panelen moesten daarom worden verstevigd voor transport en per vrachtwagen naar Chicago worden vervoerd, waar MTH de onder- en bovenbouw zou assembleren en de panelen aan de bovenbouw zou bevestigen.
Het afwerken en polijsten van de lasnaden van de Cloud Gate voor een naadloos uiterlijk was een van de moeilijkste aspecten van de installatie en montage ter plaatse. Het twaalfstappenproces eindigt met een glansmiddel dat lijkt op juwelierspoetsmiddel.
"We hebben dus eigenlijk zo'n drie jaar aan dat project gewerkt om deze onderdelen te maken", zei Silva. "Het is een zware klus. Veel tijd gaat zitten in het uitzoeken hoe we het moeten doen en het uitwerken van de details; je weet wel, gewoon om het te perfectioneren. De manier waarop we computertechnologie en ouderwets metaalbewerken combineren, is een mix van smeden en ruimtevaarttechnologie."
Het is lastig om zoiets groots en zwaars met precisie te maken, zei hij. De grootste platen waren gemiddeld 2,1 meter breed en 3,3 meter lang en wogen 680 kilogram.
"Het uitvoeren van al het CAD-werk en het maken van de daadwerkelijke werkplaatstekeningen is op zich al een groot project", zegt Silva. "We gebruiken computertechnologie om de platen op te meten en hun vorm en kromming nauwkeurig te bepalen, zodat ze correct in elkaar passen."
"We hebben computermodellen gemaakt en die vervolgens opgesplitst", aldus Silva. "Ik heb mijn ervaring met schaalconstructies gebruikt en had ideeën over hoe ik de vormen kon segmenteren om de naadlijnen goed te laten aansluiten, zodat we de beste resultaten zouden behalen."
Sommige platen zijn vierkant, andere taartpuntvormig. Hoe dichter ze bij een steile overgang liggen, hoe taartpuntvormiger ze zijn en hoe groter de radiale overgang. Bovenaan zijn ze platter en groter.
"Met een plasmasnijder kunnen we 6 tot 9 mm dik 316L roestvrij staal snijden, wat op zichzelf sterk genoeg is", zegt Silva. "De echte uitdaging is om de enorme platen een voldoende precieze kromming te geven. Dit doen we door het ribbensysteem voor elke plaat zeer nauwkeurig te vormen en te fabriceren. Op deze manier kunnen we de vorm van elke plaat precies bepalen."
De platen worden gewalst op 3D-walsen die PSI speciaal voor het walsen van deze platen heeft ontworpen en geproduceerd (zie Figuur 1). "Het is een soortgelijk systeem als de Britse walsen. We walsen ze met een techniek die vergelijkbaar is met de manier waarop spatborden worden gemaakt", aldus Silva. Elk paneel wordt gebogen door het heen en weer te bewegen op de walsen, waarbij de druk op de walsen wordt aangepast totdat de panelen tot op 0,01 inch nauwkeurig de gewenste afmeting hebben. De hoge precisie die vereist is, maakt het moeilijk om platen glad te vormen, zei hij.
De lasser last vervolgens de gevulde lasdraad vast aan de binnenste ribbenstructuur. "Naar mijn mening is gevulde lasdraad echt een geweldige manier om constructielassen in roestvrij staal te maken", legt Silva uit. "Het levert hoogwaardige lassen op met een sterke focus op productie en het ziet er ook nog eens goed uit."
De gehele oppervlakken van de platen worden met de hand geslepen en machinaal gefreesd om ze tot op duizendste van een inch nauwkeurig af te werken, zodat ze perfect op elkaar aansluiten (zie afbeelding 2). De afmetingen worden gecontroleerd met precisie-meetapparatuur en laserscanapparatuur. Tot slot wordt de plaat gepolijst tot een spiegelglad oppervlak en voorzien van een beschermfolie.
Ongeveer een derde van de panelen, samen met de basis en de interne structuur, werd in de proefmontage geplaatst voordat de panelen vanuit Auckland werden verzonden (zie figuren 3 en 4). "We planden de procedure voor de gevelbekleding en lasten enkele kleine planken aan elkaar om ze te verbinden." "Dus toen we het in Chicago in elkaar zetten, wisten we dat het zou passen," zei Silva.
Temperatuur, tijd en trillingen van de vrachtwagen kunnen ervoor zorgen dat de gerolde plaat losraakt. Het geribbelde rooster is niet alleen ontworpen om de stijfheid van de plaat te vergroten, maar ook om de vorm van de plaat tijdens transport te behouden.
Daarom wordt de plaat, met het wapeningsnet aan de binnenzijde, warmtebehandeld en afgekoeld om materiaalspanningen te verminderen. Om verdere schade tijdens transport te voorkomen, worden voor elke plaat steunen gemaakt, die vervolgens in containers worden geladen, ongeveer vier tegelijk.
De containers werden vervolgens, ongeveer vier tegelijk, geladen met halffabricaten en door PSI-teams naar Chicago gestuurd voor installatie door MTH-teams. Een van hen is de logistiek medewerker die het transport coördineert, en de ander is de supervisor op technisch gebied. Hij werkt dagelijks samen met MTH-personeel en helpt waar nodig bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën. "Hij was natuurlijk een cruciaal onderdeel van het proces", aldus Silva.
Lyle Hill, president van MTH, zei dat MTH Industries aanvankelijk de opdracht had gekregen om de etherische sculptuur aan de grond te bevestigen en de bovenbouw te installeren, vervolgens de platen eraan te lassen en de uiteindelijke schuur- en polijstwerkzaamheden uit te voeren, met dank aan de technische begeleiding van PSI. De voltooiing van de sculptuur betekent een evenwicht tussen kunst en functionaliteit; theorie en realiteit; benodigde tijd en geplande tijd.
Lou Cerny, vicepresident engineering en projectmanager bij MTH, zei dat hij het project interessant vindt vanwege het unieke karakter ervan. "Voor zover wij weten, gebeuren er dingen bij dit specifieke project die nog nooit eerder zijn gedaan of waar nog nooit eerder over is nagedacht", aldus Cerny.
Maar werken aan een uniek project vereist flexibele vindingrijkheid op locatie om onvoorziene uitdagingen aan te gaan en vragen te beantwoorden die tijdens het werk ontstaan:
Hoe monteer je 128 roestvrijstalen panelen ter grootte van een auto op een permanente bovenbouw, terwijl je ze met de grootste zorg behandelt? Hoe las je een gigantische boogvormige boon zonder erop te steunen? Hoe maak je een lasverbinding door zonder van binnenuit te kunnen lassen? Hoe bereik je een perfecte spiegelglans voor roestvrijstalen lassen in een buitenomgeving? Wat gebeurt er als de bliksem inslaat?
Het eerste teken dat dit een buitengewoon moeilijk project zou worden, aldus Cerny, was toen de bouw en installatie van de 13.600 kilo zware constructie begon. De stalen structuur die het beeld ondersteunt.
Hoewel het door PSI geleverde zinkrijke constructiestaal voor de fundering relatief eenvoudig te produceren was, bevond de fundering zich voor de helft boven het restaurant en voor de andere helft boven de parkeerplaats, beide op een andere hoogte.
"De onderconstructie is dus nogal uitkragend en wankel", zei Cerny. "Op de plekken waar we veel van dit staal hebben gebruikt, ook aan het begin van de plaatwerkzaamheden, moesten we de kraan zelfs in een gat van 1,5 meter diep laten boren."
Cerny zei dat ze een zeer geavanceerd verankeringssysteem gebruikten, inclusief een mechanisch voorspanningssysteem, vergelijkbaar met de systemen die in de kolenmijnbouw worden gebruikt, en enkele chemische ankers. Zodra de onderbouw van de staalconstructie in het beton is verankerd, is het nodig om een ​​bovenbouw te bouwen waaraan de schaalconstructie zal worden bevestigd.
“We begonnen met het installeren van het vakwerksysteem met behulp van twee grote, gefabriceerde O-ringen van roestvrij staal 304 – één aan de noordkant van de constructie en één aan de zuidkant”, aldus Cerny (zie figuur 3). De ringen worden bij elkaar gehouden door kruisende buisvormige vakwerkconstructies. Het subframe met ringkern wordt in secties geconstrueerd en ter plaatse vastgeschroefd met behulp van GMAW-lassen en gelaste verstevigingen.
"Er is dus een grote bovenbouw die niemand ooit heeft gezien; die dient uitsluitend als constructieframe," aldus Cerny.
Ondanks alle inspanningen om alle benodigde onderdelen voor het project in Auckland te ontwerpen, te fabriceren en te installeren, is dit beeldhouwwerk ongeëvenaard en gaat het betreden van nieuwe paden altijd gepaard met obstakels en uitdagingen. Het combineren van het productieconcept van het ene bedrijf met dat van een ander is evenmin zo eenvoudig als het stokje overdragen. Bovendien zorgde de fysieke afstand tussen de locaties voor vertragingen in de levering, waardoor een deel van de productie ter plaatse de meest logische oplossing was.
"Hoewel de montage- en lasprocedures van tevoren in Oakland waren gepland, vereisten de omstandigheden op de bouwplaats aanpassingsvermogen van iedereen", aldus Silva. "En de vakbondsmedewerkers zijn echt geweldig."
De eerste paar maanden bestond de dagelijkse routine van MTH uit het bepalen van de werkzaamheden van die dag en de beste manier om enkele onderdelen te produceren voor de montage van het subframe, evenals enkele steunbalken, schokdempers, armen, pinnen en pennetjes. De springstokken waren nodig om een ​​tijdelijk zijwandsysteem te creëren, aldus Er.
“Het is een continu proces van ontwerpen en produceren terwijl we bezig zijn, om de boel draaiende te houden en de producten snel op de bouwplaats te krijgen. We besteden veel tijd aan het sorteren van wat we hebben, het herontwerpen en in sommige gevallen zelfs meerdere keren aanpassen, en vervolgens produceren we de benodigde onderdelen.
"We hebben dinsdag letterlijk tien dingen die we woensdag op locatie moeten afleveren", zei Hill. "Er wordt veel overgewerkt en er wordt 's nachts veel werk in de winkel verricht."
"Ongeveer 75 procent van de onderdelen voor de ophanging van de boards wordt ter plekke gemaakt of aangepast", aldus Cerny. "Een paar keer hebben we letterlijk een 24-uursdag gecreëerd. Ik was dan tot 2 of 3 uur 's nachts in de winkel, ging naar huis om te douchen, moest om 5:30 uur weer aan de slag en was alsnog nat."
Het tijdelijke ophangsysteem MTH voor de montage van de behuizing bestaat uit veren, stijlen en kabels. Alle verbindingen tussen de platen zijn tijdelijk met bouten aan elkaar bevestigd. "De hele constructie is dus mechanisch verbonden en van binnenuit opgehangen met 304 spanten," aldus Cerny.
Ze beginnen met de koepel aan de basis van de omhalus-sculptuur – "de navel". De koepel werd aan de spanten opgehangen met behulp van een tijdelijk vierpuntsophangingssysteem bestaande uit ophangbeugels, kabels en veren. Cerny zei dat de veren een "meegaande beweging" bieden naarmate er meer planken worden toegevoegd. De veren worden vervolgens opnieuw afgesteld op basis van het gewicht dat door elke plaat wordt toegevoegd om de hele sculptuur in balans te houden.
Elk van de 168 planken heeft zijn eigen vierpuntsophanging met veersysteem, waardoor elke plank afzonderlijk wordt ondersteund. "Het is de bedoeling om geen van de verbindingen te veel te belasten, omdat die verbindingen zo zijn ontworpen dat er een speling van 0/0 ontstaat", aldus Cerny. "Als een plank de plank eronder raakt, kan dat kromtrekken en andere problemen veroorzaken."
Als bewijs van de nauwkeurigheid van het werk van PSI is de montage zeer goed, met weinig kieren. "PSI heeft fantastisch werk geleverd met het maken van de panelen", zegt Cerny. "Ik geef ze alle lof, want uiteindelijk paste het perfect. De afwerking is echt mooi, wat geweldig is voor mij. We hebben het over letterlijk duizendsten van een inch. De plaat is perfect geplaatst en sluit naadloos aan op de randen."
"Veel mensen denken dat het klaar is als de montage voltooid is," zei Silva, niet alleen omdat de naden strak zijn, maar ook omdat de volledig gemonteerde onderdelen en de hoogglanzende, spiegelende platen de omgeving reflecteren. Maar stootnaden zijn zichtbaar, vloeibaar kwik heeft geen naden. Bovendien moest het beeldhouwerk nog volledig worden gelast om de structurele integriteit voor toekomstige generaties te waarborgen, aldus Silva.
De voltooiing van Cloud Gate moest worden uitgesteld tijdens de officiële opening van het park in het najaar van 2004, waardoor omhalus een actieve GTAW was, en dat duurde een paar maanden.
"Je ziet kleine bruine vlekjes, dat zijn TIG-soldeerverbindingen rondom de hele constructie", aldus Cerny. "We zijn in januari begonnen met het herbouwen van de tenten."
"De volgende grote uitdaging bij de productie van dit project was het lassen van de naad zonder dat de vormnauwkeurigheid verloren ging door krimpvervorming tijdens het lassen," aldus Silva.
Plasmalassen biedt de vereiste sterkte en stijfheid met een minimaal risico voor de plaat, aldus Cerny. Een mengsel van 98% argon en 2% helium werkt het beste om vervuiling te verminderen en de fusie te bevorderen.
Lassers maken gebruik van sleutelgatplasma-lasmethoden met Thermal Arc®-stroombronnen en speciale tractor- en toortsassemblages die door PSI zijn ontwikkeld en gebruikt.