Tim Verhey a un problème avec le magazine Construction métallique.

« Vous écrivez trop sur l’acier extérieur », plaisante le vice-président exécutif, opérations et ingénierie de Walters Group, en me serrant la main avant de s’asseoir pour notre entretien. « Beaucoup de trucs en acier léger. C’est intéressant, mais qu’en est-il de l’acier de construction ? »

Qu’en est-il de l’acier de construction, en effet ? Avec tous les progrès incroyables dans les technologies et les utilisations, les applications extérieures en acier ont été un objectif majeur de Construction métallique. Panneaux isolés, finitions uniques, enveloppes de bâtiments : ce sont des applications plus récentes de l’acier qui gagnent en importance à mesure que les constructeurs et les promoteurs cherchent à créer un nouveau monde dans lequel nous pouvons vivre. Il est fascinant de voir comment l’acier est utilisé aujourd’hui par rapport à il y a vingt ans et découvrir les nouveaux contextes que ce matériau peut créer.

Mais nous ne devons pas oublier que l’acier de construction de gros calibre sert de squelette à la plupart de nos magnifiques et géants bâtiments. Après tout, c’était l’intention initiale de l’acier dans la construction : fournir une ossature solide pour soutenir des bâtiments hauts et imposants.

Il n’est pas surprenant que Verhey soit passionné par l’acier de construction de gros calibre. C’est plus qu’un travail pour lui : Walters Group a été fondé par son grand-père et il représente la troisième génération d’une entreprise familiale de quatre générations. C’est cette passion et cette histoire qui ont fait de l’inclusion du fabricant d’acier de Hamilton une évidence lorsque Cadillac Fairview recherchait de l’acier pour son nouveau gratte-ciel à Toronto.

160, rue Front West.

Mesurant un peu moins de 240 mètres de haut et comptant 46 étages, le 160, rue Front West est le plus récent gratte-ciel du centre-ville de Toronto. Un immeuble aussi flambant neuf situé dans un quartier aussi accessible et lucratif de la ville – à quelques pas de la Tour CN et de la gare Union – devrait attirer des locataires de premier plan, et le 160, rue Front West ne fait pas exception : parmi ses premiers occupants figurent la Banque TD et le Régime de retraite des enseignantes et des enseignants de l’Ontario.

Le bâtiment n’a aucun mal à se démarquer : étant légèrement au sud-ouest du quartier financier, le 160, rue Front West domine ses voisins, les immeubles commerciaux plus bas et les nouveaux condos à l’emporte-pièce. À cet égard, 160 Front est magnifique : le bâtiment intègre une façade historique au niveau de la rue, puis s’étend sur l’espace vide avant de se courber en un élégant sommet cintré. C’est un design élégant fait de verre et d’acier brillants : un ajout digne à l’horizon changeant de Toronto.

Bien sûr, c’est exactement à cela que ressemble le bâtiment. Et bien qu’il présente des détails architecturaux époustouflants, le 160 Front est en son cœur un bâtiment de grande hauteur standard, doté d’un noyau en béton et de supports en acier.

Construire en hauteur,

« Et voici la valeur de l’acier de construction, déclare M. Verhey. Pour un immeuble de grande hauteur, il faut utiliser plus de colonnes, explique-t-il. Cela pourrait signifier plus de béton, ce qui ajoute beaucoup de résistance fiable à la conception, mais il y a un problème à ça : Cela ne fonctionne pas avec le formulaire pro forma du développeur. Ils souhaitent maximiser les zones sans colonnes afin d’augmenter l’espace pour leurs locataires. »

La solution consiste à construire un noyau en béton pour soutenir le centre du bâtiment, puis à marier cette ossature avec des colonnes périmétriques en acier de construction. Comme l’explique M. Verhey, on ne peut pas se débarrasser des colonnes, mais on peut limiter leur impact sur l’intérieur. « L’acier maintient les colonnes bien compactes, explique M. Verhey. Cela vous permet d’obtenir ces grands espaces sans colonnes, et vous pouvez également obtenir de la hauteur. »

Au total, plus de 12 000 tonnes d’acier de construction ont été utilisées dans la construction du 160 Front, la majorité provenant des usines de fabrication de Walters Group à Hamilton et à Princeton, en Ontario, et produite par ArcelorMittal.

Ils ont fait le calcul.

Il est difficile de comprendre à quel point les mathématiques entrent en jeu dans la construction d’un bâtiment moderne, sans parler d’un gratte-ciel de grande hauteur. Nous savons que les mathématiques sont essentielles à la conception de tout bâtiment, mais l’incroyable quantité de réflexion que nécessite chaque aspect de la conception peut vous faire tourner la tête.

C’est ce genre de défis auxquels les fabricants et monteurs d’acier – comme Walters Group – et les ingénieurs en structure – comme RJC Engineers, qui ont également travaillé au 160, rue Front West – doivent trouver des réponses avant que la construction puisse commencer.

Prenons par exemple la hauteur du bâtiment lui-même. Lorsqu’un bâtiment est si haut, la gravité est un facteur majeur dans la construction,

car l’attraction naturelle de la Terre entraînera la compression et le rétrécissement du bâtiment au fil du temps. Cette compression doit être prise en compte lors de la planification de tout : longueurs de matériaux, dimensions du sol, hauteur du plafond, plaques de fixation, jusqu’au type de joints utilisés.

Pour rendre les choses encore plus compliquées, différents matériaux réagissent de différentes manières à la pesanteur. Tenez compte de tous les facteurs, et vous risquez d’avoir un mal de tête majeur, surtout lorsque vous essayez de respecter des tolérances de fractions de pouce.

« Cela m’a mis sur une tangente intéressante, super ringarde et que personne ne connaîtra jamais, rit Kevin MacLean, qui était le chef de projet du RJC. Il dit qu’ils ont utilisé de l’acier de qualité supérieure dans les colonnes, ce qui signifiait moins de matériaux mais signifiait également que les colonnes s’écraseraient davantage. Ce qui est très bien, ajoutet-il. À condition que vous vous en occupiez. »

« C’est ce qu’on appelle superhauteur, explique M. Verhey. Lorsque nous construisons ces tours, nous construisons l’acier plus haut que le béton, au point qu’au sommet de cette tour, il peut être 4 pouces plus haut, mais au cours de la durée de vie du cycle de construction, l’acier se comprime vers le bas. »

Ce n’est qu’une solution – un ensemble géant de calculs – à des milliers de défis différents, des effets du vent aux risques sismiques en passant par la température et la lumière du soleil et bien plus encore. Et tous ces problèmes sont rendus encore plus complexes lorsque l’on considère les formes et les caractéristiques uniques du bâtiment – dont 160 Front en possède quelques-unes.

Entrées et sorties pas si faciles.

L’une des caractéristiques uniques de 160 Front réside dans les entrées : des fentes découpées sur les côtés du bâtiment. Sur le plan architectural, ils ajoutent des formes intéressantes à la façade, brisant une surface plane. Mais structurellement, les entrées ont posé des défis intéressants à relever pour RJC et Walters Group.

En termes simples, les architectes créent des plans, puis les ingénieurs en structure doivent comprendre comment ces plans fonctionneront réellement. « Ouais, cela semble correct », rit M. MacLean.

En termes simples, les architectes créent des plans, puis les ingénieurs en structure doivent comprendre comment ces plans fonctionneront réellement. « Ouais, cela semble correct », rit M. MacLean. Ainsi, en ce qui concerne les entrées, les équipes de MM. MacLean et Verhey ont dû maîtriser le calcul complexe du mélange des forces horizontales et verticales. « Les entrées interrompent en fait la colonne de la tour, explique M. MacLean. Nous avons donc dû travailler avec Walters sur des connexions très compliquées et très lourdes pour stabiliser ces colonnes inclinées. »

L’interruption de la colonne de la tour signifie que les forces verticales sont soudainement devenues horizontales : essentiellement, les principaux supports du bâtiment ont dû zigzaguer autour des ouvertures conçues. « Nous avons une série de plusieurs étages sur le bâtiment, des deux côtés, où nous avons une charpente lourde et atypique, explique M. MacLean, les souvenirs de ses calculs étant visibles sur son visage. Nous avons dû attacher le tout au noyau en béton pour que le tout ne se détache pas du bâtiment. »

« Et ces connexions sont... difficiles. »

Contrairement à l’expression stoïque de M. MacLean, M. Verhey rayonnait en décrivant la solution. « Nous avons trouvé un concept vraiment intelligent utilisant une simple épingle, dit-il avec enthousiasme. Nous disposons donc de simples joints à broches pour faire face à ces charges massives grâce à cette interaction complexe de l’acier, raccourcissant ainsi le fluage du béton sur le noyau. Et c’était, en fin de compte, très simple. Mais il a fallu beaucoup de réflexion entre nous et le RJC pour trouver comment y parvenir.

« La simplicité est souvent ce qu’il y a de mieux, mais souvent la simplicité est insaisissable. Il faut du temps pour y arriver. »

Les rois au coin

Un autre défi résidait dans la silhouette plongeante du bâtiment lui-même. « Les deux côtés du bâtiment sont en quelque sorte symétriques, explique M. MacLean en levant les bras. Les autres types de côtés plus étroits ne sont pas exactement symétriques, ce qui signifie essentiellement que les quatre coins sont effectivement différents. »

Au lieu de concevoir quatre structures de colonnes uniques pour les coins, la solution de M. MacLean était simplement... de ne pas créer de colonnes de coin. « Ce que nous avons fait, c’est d’éloigner les colonnes de chaque coin, explique-t-il. C’est en fait une chose très importante. Nous avons atténué cette complexité géométrique. Et l’avantage architectural est que vous disposez désormais de bureaux d’angle sans colonnes. C’est un bel espace utilisable. »

Et structurellement, éloigner les colonnes des coins du bâtiment signifiait éviter toute une série de problèmes liés aux courbes. "Si jamais vous faites des moulures couronnées et des onglets composés, c’est comme si cela ne s’accordait jamais correctement, déclare M. MacLean en dessinant les formes avec ses mains. C’est juste, vous savez, très compliqué géométriquement. »

Ces complexités peuvent s’ajouter à de gros maux de tête lorsqu’elles s’étendent sur plus de 40 étages, comme au 160 Front. « Je pense que Walters est plutôt content que nous ayons fait cela », rit M. MacLean.

En fin de compte – du moins en ce qui concerne RJC et Walters Group – tout revient à l’acier de construction, sans lequel des bâtiments comme le 160, rue Front West ne seraient pas possibles.

Ainsi, même s’il n’est pas aussi tape-à-l’œil que des panneaux d’acier colorés ou des enveloppes extérieures qui peuvent prendre des semaines, il vaut la peine d’accorder à l’acier de construction – et aux calculs qui l’accompagnent – l’attention qu’il mérite.

Du sol vers le haut.

Même si la hauteur du 160, rue Front West vous incite à lever les yeux, vous pourriez aussi être intéressé par ce qui se trouve sous vos pieds. Sous le sol en béton de chaque étage se trouvent feuille après feuille de planchers en acier – 1 400 tonnes en fait !

« C’est beaucoup d’acier ! », s’amuse Jamie Robertson, p.-d.g. d’Agway Metals, qui a fourni la grande majorité des matériaux de planchers en composite. « Il s’agit d’environ 1,2 million de pieds carrés de plancher répartis sur 46 étages. »

Une discussion rapide avec M. Robertson montre à quel point même les parties les plus cachées et les plus « banales » des gratte-ciel modernes le sont. Comme tout le reste, les planchers composites ont été optimisés en termes de poids, d’efficacité, de vitesse et de coût.

La partie en acier du plancher composite, fournie par Agway, forme une tôle soudée à l’acier de construction.

Non seulement le plancher confère de la solidité à l’ensemble de la tour, mais la nature non poreuse de l’acier signifie que le béton peut être coulé sans charpente ni moulage supplémentaires. « Vous pouvez ignorer les coffrages en contreplaqué, les coffrages temporaires…, explique M. Robertson. Il suffit de couler le béton juste dessus ! »

« La pratique est standard, mais les spécifications sont uniques. »

Les tôles d’acier présentent également un autre avantage. Tout comme elles peuvent retenir le béton, les tôles d’acier servent également de barrière de protection contre la pluie et la neige venant d’en haut. « Ce que nous faisons habituellement, c’est une sorte de construction d’un pas en avant et de deux pas en arrière, explique M. Robertson. Nous allons d’abord installer le troisième étage, puis cela créera une couverture pendant que nous travaillerons aux étages un et deux. Ensuite, nous montons au sixième étage avant de travailler sur le quatrième et le cinquième... vous voyez ? »

Tout comme Walters a utilisé un simple goujon pour résoudre une litanie de problèmes structurels, le plancher en acier composite, laminé à partir d’acier moulé à froid, prouve que parfois les solutions les plus simples sont aussi les meilleures et les plus pratiques.

Pour le 160, rue Front West, la quantité et les différents types d’acier tout autour du bâtiment prouvent que le plus récent gratte-ciel de Toronto a bien plus à offrir qu’il n’y paraît – et à quel point la construction moderne est une valse compliquée pour construire de façon rapide et efficace.