ISO 19901-2:2017
(Main)Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for offshore structures — Part 2: Seismic design procedures and criteria
Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for offshore structures — Part 2: Seismic design procedures and criteria
ISO 19901-2:2017 contains requirements for defining the seismic design procedures and criteria for offshore structures; guidance on the requirements is included in Annex A. The requirements focus on fixed steel offshore structures and fixed concrete offshore structures. The effects of seismic events on floating structures and partially buoyant structures are briefly discussed. The site-specific assessment of jack-ups in elevated condition is only covered in ISO 19901-2:2017 to the extent that the requirements are applicable. Only earthquake-induced ground motions are addressed in detail. Other geologically induced hazards such as liquefaction, slope instability, faults, tsunamis, mud volcanoes and shock waves are mentioned and briefly discussed. The requirements are intended to reduce risks to persons, the environment, and assets to the lowest levels that are reasonably practicable. This intent is achieved by using: a) seismic design procedures which are dependent on the exposure level of the offshore structure and the expected intensity of seismic events; b) a two-level seismic design check in which the structure is designed to the ultimate limit state (ULS) for strength and stiffness and then checked to abnormal environmental events or the abnormal limit state (ALS) to ensure that it meets reserve strength and energy dissipation requirements. Procedures and requirements for a site-specific probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) are addressed for offshore structures in high seismic areas and/or with high exposure levels. However, a thorough explanation of PSHA procedures is not included. Where a simplified design approach is allowed, worldwide offshore maps, which are included in Annex B, show the intensity of ground shaking corresponding to a return period of 1 000 years. In such cases, these maps may be used with corresponding scale factors to determine appropriate seismic actions for the design of a structure. For design of fixed steel offshore structures, further specific requirements and recommended values of design parameters (e.g. partial action and resistance factors) are included in ISO 19902, while those for fixed concrete offshore structures are contained in ISO 19903. Seismic requirements for floating structures are contained in ISO 19904, for site-specific assessment of jack-ups and other MOUs in ISO 19905 (all parts), for arctic structures in ISO 19906 and for topsides structures in ISO 19901‑3.
Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques relatives aux structures en mer — Partie 2: Procédures de conception et critères sismiques
ISO 19901-2:2017 spécifie les exigences relatives à la définition des procédures et critères de conception parasismique pour les structures en mer; les préconisations concernant les exigences sont indiquées dans l'Annexe A. Les exigences portent sur les structures en mer fixes en acier et en béton. Les effets d'événements sismiques sur les structures flottantes et partiellement flottantes sont brièvement décrits. L'évaluation, spécifique au site, des plates-formes auto-élévatrices en situation surélevée est uniquement traitée dans le présent document dans la mesure où les exigences sont applicables. Seuls les mouvements du sol induits par des séismes sont traités en détail. D'autres risques géologiques tels que la liquéfaction, l'instabilité des pentes, les failles, les tsunamis, les volcans de boue et les ondes de choc sont également mentionnés et brièvement décrits. Les exigences sont destinées à réduire les risques encourus par les personnes, l'environnement et les installations au niveau de risque le plus bas qui soit raisonnablement réalisable. Cette intention est atteinte à l'aide: a) de procédures de conception parasismique qui dépendent du niveau d'exposition de la structure en mer et de l'intensité prévue des événements sismiques; b) d'un contrôle de conception parasismique à deux niveaux, dans lequel la structure est conçue selon l'état limite ultime (ULS) en termes de résistance et de rigidité avant d'être confrontée à des événements environnementaux anormaux ou à l'état limite anormal (ALS), afin de garantir qu'elle satisfait aux exigences de résistance de réserve et de dissipation d'énergie. Les procédures et exigences s'appliquant à la réalisation d'une analyse probabiliste de l'aléa sismique (PSHA), spécifique au site, sont exposées pour les structures en mer installées dans des zones à forte activité sismique et/ou fortement exposées. Cependant, ces procédures de l'étude PSHA ne sont pas expliquées de manière approfondie. Lorsqu'une approche de conception simplifiée est admise, des cartes internationales, incluses dans l'Annexe B, indiquent l'intensité des secousses en mer pour une période de retour de 1 000 ans. Dans de tels cas, ces cartes peuvent être utilisées avec des facteurs d'échelle correspondants afin de déterminer les actions sismiques appropriées pour la conception d'une structure. Pour la conception des structures en mer fixes en acier, d'autres exigences spécifiques et des valeurs recommandées des paramètres de conception (par exemple facteurs d'action partiels et de résistance) sont indiquées dans l'ISO 19902, tandis que celles relatives aux structures en mer fixes en béton sont énoncées dans l'ISO 19903. L'ISO 19904 intègre des exigences parasismiques relatives aux structures flottantes, l'ISO 19905 (toutes les parties) des exigences relatives à l'évaluation spécifique au site de plates-formes auto-élévatrices et autres MOU, l'ISO 19906 des exigences relatives aux structures arctiques et l'ISO 19901‑3 des exigences relatives aux superstructures.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19901-2
Second edition
2017-11
Petroleum and natural gas
industries — Specific requirements
for offshore structures —
Part 2:
Seismic design procedures and
criteria
Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques
relatives aux structures en mer —
Partie 2: Procédures de conception et critères sismiques
Reference number
ISO 19901-2:2017(E)
©
ISO 2017
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ISO 19901-2:2017(E)
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ISO 19901-2:2017(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and abbreviated terms . 5
4.1 Symbols . 5
4.2 Abbreviated terms . 6
5 Earthquake hazards . 7
6 Seismic design principles and methodology . 7
6.1 Design principles . 7
6.2 Seismic design procedures . 8
6.2.1 General. 8
6.2.2 Extreme level earthquake design . 9
6.2.3 Abnormal level earthquake design .10
6.3 Spectral acceleration data .11
6.4 Seismic risk category .11
6.5 Seismic design requirements.12
6.6 Site investigation .13
7 Simplified seismic action procedure .13
7.1 Soil classification and spectral shape .13
7.2 Seismic action procedure .17
8 Detailed seismic action procedure .18
8.1 Site-specific seismic hazard assessment .18
8.2 Probabilistic seismic hazard analysis .18
8.3 Deterministic seismic hazard analysis .19
8.4 Seismic action procedure .21
8.5 Local site response analyses .24
9 Performance requirements .24
9.1 ELE performance.24
9.2 ALE performance .25
Annex A (informative) Additional information and guidance .26
Annex B (informative) Simplified action procedure spectral accelerations .35
Annex C (informative) Regional information .46
Bibliography .50
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ISO 19901-2:2017(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore
structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries, Subcommittee SC 7, Offshore
structures.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 19901-2:2004), which has been technically
revised.
A list of all parts in the ISO 19901 series can be found on the ISO website.
iv © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 19901-2:2017(E)
Introduction
The series of International Standards applicable to types of offshore structure, ISO 19900 to ISO 19906,
addresses design requirements and assessments of all offshore structures used by the petroleum and
natural gas industries worldwide. Through their application, the intention is to achieve reliability levels
appropriate for manned and unmanned offshore structures, whatever the type of structure and the
nature or combination of the materials used.
It is important to recognize that structural integrity is an overall concept comprising models for
describing actions, structural analyses, design or assessment rules, safety elements, workmanship,
quality control procedures and national requirements, all of which are mutually dependent. The
modification of one aspect of design or assessment in isolation can disturb the balance of reliability
inherent in the overall concept or structural system. The implications involved in modifications,
therefore, need to be considered in relation to the overall reliability of all offshore structural systems.
The series of International Standards applicable to the various types of offshore structure is intended
to provide a wide latitude in the choice of structural configurations, materials and techniques without
hindering innovation. Sound engineering judgement is, therefore, necessary in the use of these
International Standards.
The overall concept of structural integrity is described above. Some additional considerations apply for
seismic design. These include the magnitude and probability of seismic events, the use and importance
of the offshore structure, the robustness of the structure under consideration and the allowable damage
due to seismic actions with different probabilities. All of these, and any other relevant information,
need to be considered in relation to the overall reliability of the structure.
Seismic conditions vary widely around the world, and the design criteria depend primarily on
observations of historical seismic events together with consideration of seismotectonics. In many
cases, site-specific seismic hazard assessments will be required to complete the design or assessment
of a structure.
This document is intended to provide general seismic design procedures for different types of offshore
structures, and a framework for the derivation of seismic design criteria. Further requirements are
contained within the general requirements standard, ISO 19900, and within the structure-specific
standards, ISO 19902, ISO 19903, ISO 19904 and ISO 19906. The consideration of seismic events in
connection with mobile offshore units is addressed in ISO 19905.
Some background to and guidance on the use of this document is provided in Annex A. The clause
numbering in Annex A is the same as in the normative text to facilitate cross-referencing.
Regional information on expected seismic accelerations for offshore areas is provided in Annex B.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19901-2:2017(E)
Petroleum and natural gas industries — Specific
requirements for offshore structures —
Part 2:
Seismic design procedures and criteria
1 Scope
This document contains requirements for defining the seismic design procedures and criteria for
offshore structures; guidance on the requirements is included in Annex A. The requirements focus on
fixed steel offshore structures and fixed concrete offshore structures. The effects of seismic events on
floating structures and partially buoyant structures are briefly discussed. The site-specific assessment
of jack-ups in elevated condition is only covered in this document to the extent that the requirements
are applicable.
Only earthquake-induced ground motions are addressed in detail. Other geologically induced hazards
such as liquefaction, slope instability, faults, tsunamis, mud volcanoes and shock waves are mentioned
and briefly discussed.
The requirements are intended to reduce risks to persons, the environment, and assets to the lowest
levels that are reasonably practicable. This intent is achieved by using:
a) seismic design procedures which are dependent on the exposure level of the offshore structure and
the expected intensity of seismic events;
b) a two-level seismic design check in which the structure is designed to the ultimate limit state (ULS)
for strength and stiffness and then checked to abnormal environmental events or the abnormal
limit state (ALS) to ensure that it meets reserve strength and energy dissipation requirements.
Procedures and requirements for a site-specific probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) are
addressed for offshore structures in high seismic areas and/or with high exposure levels. However, a
thorough explanation of PSHA procedures is not included.
Where a simplified design approach is allowed, worldwide offshore maps, which are included in
Annex B, show the intensity of ground shaking corresponding to a return period of 1 000 years. In
such cases, these maps may be used with corresponding scale factors to determine appropriate seismic
actions for the design of a structure.
For design of fixed steel offshore structures, further specific requirements and recommended values
of design parameters (e.g. partial action and resistance factors) are included in ISO 19902, while those
for fixed concrete offshore structures are contained in ISO 19903. Seismic requirements for floating
structures are contained in ISO 19904, for site-specific assessment of jack-ups and other MOUs in
ISO 19905 (all parts), for arctic structures in ISO 19906 and for topsides structures in ISO 19901-3.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 19900, Petroleum and natural gas industries — General requirements for offshore structures
ISO 19901-8, Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for offshore structures –
Part 8: Marine soils Investigation
© ISO 2017 – All rights reserved 1
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ISO 19901-2:2017(E)
ISO 19902, Petroleum and natural gas industries — Fixed steel offshore structures
ISO 19903, Petroleum and natural gas industries — Fixed concrete offshore structures
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 19900 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
3.1
abnormal level earthquake
ALE
intense earthquake of abnormal severity with a very low probability of occurring during the life of the
structure
Note 1 to entry: The ALE event is comparable to the abnormal event in the design of fixed structures which are
described in ISO 19902 and ISO 19903.
3.2
attenuation
decay of seismic waves as they travel from the earthquake source to the site under consideration
3.3
directional combination
combination of response values due to each of the three orthogonal components of earthquake-induced
ground motions
3.4
escape and evacuation system
system provided on the offshore structure to facilitate escape and evacuation in an emergency
EXAMPLE Passageways, chutes, ladders, life rafts and helidecks.
3.5
extreme level earthquake
ELE
strong earthquake with a reasonable probability of occurring during the life of the structure
Note 1 to entry: The ELE event is comparable to the extreme environmental event in the design of fixed structures
which are described in ISO 19902 and ISO 19903.
3.6
fault movement
movement occurring on a fault during an earthquake
3.7
ground motion
accelerations, velocities or displacements of the ground produced by seismic waves radiating away
from earthquake sources
Note 1 to entry: A fixed offshore structure is founded in or on the seabed (3.17) and consequently only seabed
motions are of significance. The term ground motions is used rather than seabed motions for consistency of
terminology with seismic design for onshore structures.
Note 2 to entry: Ground motions can be at a specific depth or over a specific region within the seabed.
2 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 19901-2:2017(E)
3.8
liquefaction
fluidity of soil due to the increase in pore pressures caused by earthquake action under undrained
conditions
3.9
modal combination
combination of response values associated with each dynamic mode of a structure
3.10
mud volcano
diapiric intrusion of plastic clay causing high pressure gas-water seepages which carry mud, fragments
of rock (and occasionally oil) to the surface
Note 1 to entry: The surface expression of a mud volcano is a cone of mud with continuous or intermittent gas
escaping through the mud.
3.11
probabilistic seismic hazard analysis
PSHA
framework permitting the identification, quantification and rational combination of uncertainties in
earthquakes' intensity, location, rate of recurrence and variations in ground motion (3.7) characteristics
3.12
probability of exceedance
probability that a variable (or that an event) exceeds a specified reference level given exposure time
EXAMPLE Example of probability of exceedance during a given exposure time is the annual probability of
exceedance of a specified magnitude of ground acceleration, ground velocity or ground displacement.
3.13
response spectrum
function representing the peak elastic response for single degree of freedom oscillators with a specific
damping ratios in terms of absolute acceleration, pseudo velocity, or relative displacement values
against natural frequency or period of the oscillators
3.14
safety system
systems provided on the offshore structure to detect, control and mitigate hazardous situations
EXAMPLE Gas detection, emergency shutdown, fire protection, and their control systems.
3.15
sea floor
interface between the sea and the seabed (3.17)
3.16
seabed slide
failure of seabed (3.17) slopes
3.17
seabed
material below the sea floor (3.15) in which a structure is founded
3.18
seismic risk category
SRC
category defined from the exposure level and the expected intensity of seismic motions
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ISO 19901-2:2017(E)
3.19
seismic hazard curve
curve showing the annual probability of exceedance (3.12) against a measure of seismic intensity
Note 1 to entry: The seismic intensity measures can include parameters such as peak ground acceleration,
spectral acceleration (3.22), or spectral velocity (3.23).
3.20
seismic reserve capacity factor
factor indicating the structure’s ability to sustain ground motions due to earthquakes beyond the level
of the ELE (3.5)
Note 1 to entry: The seismic reserve capacity factor is a structure specific property that is used to determine the
ELE acceleration from the ALE (3.1) acceleration.
3.21
site response analysis
wave propagation analysis permitting the evaluation of the effect of local geological and soil conditions
on the ground motions (3.7) as they propagate up from depth to the surface at the site
3.22
spectral acceleration
maximum absolute acceleration response of a single degree of freedom oscillator subjected to ground
motions (3.7) due to an earthquake
3.23
spectral velocity
maximum pseudo velocity response of a single degree of freedom oscillator subjected to ground motions
(3.7) due to an earthquake
Note 1 to entry: The pseudo velocity spectrum is computed by factoring the displacement or acceleration spectra
by the oscillator’s circular frequency or the inverse of its frequency, respectively. The pseudo spectrum is either
relative or absolute, depending on the type of response spectra that is factored.
3.24
spectral displacement
maximum relative displacement response of a single degree of freedom oscillator subjected to ground
motions (3.7) due to an earthquake
3.25
static pushover method
static pushover analysis
application and incremental increase of a global static pattern of actions on a structure, including
equivalent dynamic inertial actions, until a global failure mechanism occurs
3.26
tsunami
long period sea waves caused by rapid vertical movements of the sea floor (3.15)
Note 1 to entry: The vertical movement of the sea floor is often associated with fault rupture during earthquakes
or with seabed slides (3.16).
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ISO 19901-2:2017(E)
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
a slope of the seismic hazard curve
R
C site coefficient, a correction factor applied to the acceleration part (shorter periods) of a
a
response spectrum
C correction factor applied to the spectral acceleration to account for uncertainties not
c
captured in a seismic hazard curve
C seismic reserve capacity factor; see Formulae (7) and (10)
r
C site coefficient, a correction factor applied to the velocity part (longer periods) of a
v
response spectrum
s undrained shear strength of the soil
u
s̅ average undrained shear strength of the soil in the effective seabed
u
D scaling factor for damping
G low amplitude shear modulus of the soil
max
g acceleration due to gravity
M magnitude of an earthquake measured by the energy released at its source
N scale factor for conversion of the site 1 000-year acceleration spectrum to the site ALE
ALE
acceleration spectrum
p atmospheric pressure
a
P annual probability of exceedance for the ALE event
ALE
P probability of exceedance
e
P annual probability of exceedance for the ELE event
ELE
P target annual probability of failure
f
q cone penetration resistance of sand
c
q normalized cone penetration resistance of sand
cl
average normalized cone penetration resistance of sand in the effective seabed
q
cl
S (T) spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period, T
a
mean spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period,
ST()
a
T; obtained from a PSHA
S (T) ALE spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period, T
a,ALE
mean spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period,
ST()
a,ALE
T; obtained from a PSHA
S (T) ELE spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period, T
a,ELE
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ISO 19901-2:2017(E)
mean ELE spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator
ST()
a,ELE
period, T; obtained from a PSHA
S (T) 1 000-year rock outcrop spectral acceleration obtained from maps associated with a
a,map
single degree of freedom oscillator period, T
NOTE The maps included in Annex B are for oscillator periods of 0,2 s and 1,0 s.
mean spectral acceleration associated with a probability of exceedance, P , and a single
e
ST()
a,Pe
degree of freedom oscillator period, T, obtained from a PSHA
mean spectral acceleration associated with a target annual probability of failure, P , and
f
ST()
a,Pe
a single degree of freedom oscillator period, T, obtained from a PSHA
S (T) site spectral acceleration corresponding to a return period of 1 000 years and a single
a,site
degree of freedom oscillator period, T
T natural period of a simple, single degree of freedom oscillator
T dominant modal period of the structure
dom
T return period
return
u code utilization in time history analysis, i
i
median code utilization
u
V representative shear wave velocity
s
V̅ average of representative shear wave velocity in the effective seabed
s
ρ mass density of soil
η per cent of critical damping
σ logarithmic standard deviation of uncertainties not captured in a seismic hazard curve
LR
σ′ in situ vertical effective stress of soil
v0
4.2 Abbreviated terms
ALE abnormal level earthquake
ALS abnormal limit state
ELE extreme level earthquake
L1, L2, L3 exposure level derived in accordance with the International Standard applicable to the
1)
type of offshore structure
MOU mobile offshore unit
PGA peak ground acceleration
PSHA probabilistic seismic hazard analysis
1) International Standards applicable to types of offshore structure include ISO 19902, ISO 19903, ISO 19904 (all
parts), ISO 19905 (all parts) and ISO 19906.
6 © ISO 2017 – All rights reserved
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ISO 19901-2:2017(E)
SRC seismic risk category
TLP tension leg platform
ULS ultimate limit state
5 Earthquake hazards
Actions and action effects due to seismic events shall be evaluated in the structural design of
offshore structures in seismically active areas. Areas are considered seismically active on the basis of
previous records of earthquake activity, both in frequency of occurrence and in magnitude. Annex B
provides maps of indicative seismic accelerations; however, for many areas, depending on indicative
accelerations and exposure levels, seismicity shall be determined on the basis of detailed seismic
hazard investigations (see Clause 8).
Evaluation of seismic events for seismically active regions shall include investigation of the
characteristics of ground motions and of the acceptable seismic risk for structures. Structures in
seismically active regions shall be designed for ground motions due to earthquakes. However, other
seismic hazards shall also be considered in the design and, when warranted, should be addressed by
special studies (e.g. mudflow loading, seabed deformation). The following hazards can be caused by a
seismic event:
— soil liquefaction;
— seabed slide;
— fault movement;
— tsunamis;
— mud volcanoes;
— shock waves.
Effects of seismic events on subsea equipment, pipelines and in-field flowlines shall be addressed by
special studies (e.g. simultaneous seabed and structure excitation, spatially varying motions).
6 Seismic design principles and methodology
6.1 Design principles
This clause addresses the design of structures against base excitations, i.e. accelerations, velocities and
displacements caused by ground motions.
Structures located in seismically active areas shall be designed to the ultimate limit state (ULS) for
low-intensity frequent earthquakes and to the abnormal limit state (ALS) for high-intensity rare
earthquakes.
The ULS requirements are intended to provide a structure which is adequately sized for strength and
stiffness to ensure that no significant structural damage occurs for a level of earthquake ground motion
with an adequately low likelihood of being exceeded during the design service life of the structure. The
seismic ULS design event is the extreme level earthquake (ELE). The structure shall be designed such
that an ELE event will cause little or no damage. It is recommended that the structure be inspected
subsequent to an ELE occurrence.
The ALS requirements are intended to ensure that the structure and foundation have sufficient reserve
strength, displacement and/or energy dissipation capacity to sustain large inelastic displacement
reversals without complete loss of in
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19901-2
Deuxième édition
2017-11
Industries du pétrole et du gaz
naturel — Exigences spécifiques
relatives aux structures en mer —
Partie 2:
Procédures de conception et critères
sismiques
Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for
offshore structures —
Part 2: Seismic design procedures and criteria
Numéro de référence
ISO 19901-2:2017(F)
©
ISO 2017
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ISO 19901-2:2017(F)
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 19901-2:2017(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et abréviations . 5
4.1 Symboles . 5
4.2 Abréviations . 7
5 Aléas associés aux séismes . 7
6 Principes et méthodologie de conception parasismique . 8
6.1 Principes de conception . 8
6.2 Procédures de conception parasismique . 8
6.2.1 Généralités . 8
6.2.2 Conception parasismique de niveau extrême . 9
6.2.3 Conception parasismique de niveau anormal .11
6.3 Données d’accélération spectrale .11
6.4 Catégorie de risque sismique .12
6.5 Exigences de conception parasismique .13
6.6 Reconnaissance de site .13
7 Procédure d’action sismique simplifiée.14
7.1 Classification des sols et forme spectrale .14
7.2 Procédure d’action sismique . .18
8 Procédure d’action sismique détaillée .19
8.1 Évaluation de l’aléa sismique spécifique au site .19
8.2 Analyse probabiliste de l’aléa sismique .19
8.3 Analyse déterministe de l’aléa sismique .20
8.4 Procédure d’action sismique . .22
8.5 Analyses de la réponse locale du site .25
9 Exigences de performance .25
9.1 Performance ELE .25
9.2 Performance ALE .26
Annexe A (informative) Informations supplémentaires et préconisations .27
Annexe B (informative) Accélérations spectrales de la procédure d’action simplifiée .38
Annexe C (informative) Informations régionales .49
Bibliographie .53
© ISO 2017 – Tous droits réservés iii
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ISO 19901-2:2017(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ avant -propos.
Le comité chargé de l'élaboration du présent document est l'ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures
en mer pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel, sous-comité SC 7, Structures en mer.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 19901-2:2004), qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 19901 se trouve sur le site Web de l’ISO.
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés
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ISO 19901-2:2017(F)
Introduction
La série de Normes internationales applicables aux différents types de structures en mer, ISO 19900
à ISO 19906, constitue une base commune d’exigences relatives à la conception et d’évaluations de
toutes les structures en mer utilisées par les industries du pétrole et du gaz naturel dans le monde
entier. À travers leur application, l’intention est de parvenir à des niveaux de fiabilité appropriés pour
les structures en mer habitées et non habitées, quels que soient le type de structure et la nature ou la
combinaison des matériaux utilisés.
Il est important de reconnaître que l’intégrité structurelle est un concept global comprenant des
modèles pour décrire des actions, des analyses structurelles, des règles de conception ou d’évaluation,
des éléments de sécurité, une qualité d’exécution, des procédures de contrôle de la qualité et des
exigences nationales, tous ces éléments étant mutuellement dépendants. La modification isolée d’un
aspect de conception ou d’évaluation peut perturber l’équilibre de la fiabilité inhérent au concept global
ou au système structurel. Les implications relatives aux modifications doivent ainsi être considérées en
relation avec la fiabilité d’ensemble de tous les systèmes structuraux en mer.
La série des Normes internationales applicables aux différents types de structure en mer a pour
intention de laisser une grande latitude dans le choix des configurations structurelles, des matériaux
et des techniques, sans nuire à l’innovation. Une solide capacité de jugement en termes d’ingénierie est
donc nécessaire pour l’utilisation de ces Normes internationales.
Le concept global d’intégrité structurelle est décrit ci-dessus. Certains facteurs supplémentaires
doivent être pris en compte pour la conception parasismique. Ceux-ci comprennent la magnitude
et la probabilité des événements sismiques, l’utilisation et l’importance de la structure en mer, la
robustesse de la structure considérée et les dommages admissibles causés par des actions sismiques
ayant différentes probabilités d’occurrence. Toutes ces informations, ainsi que toute autre information
pertinente, doivent être considérées dans le cadre de la fiabilité globale de la structure.
Les conditions sismiques varient fortement en fonction de la situation géographique et les critères de
conception dépendent principalement des observations d’événements sismiques historiques, ainsi que
du contexte sismotectonique. Dans bien des cas, des études d’évaluation de l’aléa sismique spécifiques
au site seront requises pour réaliser la conception ou l’évaluation d’une structure.
L’objectif du présent document est de fournir des procédures générales de conception parasismique
pour différents types de structures en mer et un cadre pour la détermination des critères de sismicité.
D’autres exigences sont énoncées dans les exigences générales de la norme ISO 19900 et dans les normes
spécifiques relatives aux structures: ISO 19902, ISO 19903, ISO 19904 et ISO 19906. La prise en compte
des événements sismiques dans l’évaluation des unités mobiles en mer est traitée dans l’ISO 19905.
L’Annexe A fournit un contexte et des préconisations concernant l’utilisation du présent document. La
numérotation des paragraphes de l’Annexe A est identique à celle du texte normatif afin de faciliter le
repérage.
L’Annexe B fournit des informations régionales sur les accélérations sismiques prévues pour les
zones en mer.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19901-2:2017(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences
spécifiques relatives aux structures en mer —
Partie 2:
Procédures de conception et critères sismiques
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les exigences relatives à la définition des procédures et critères de
conception parasismique pour les structures en mer; les préconisations concernant les exigences sont
indiquées dans l’Annexe A. Les exigences portent sur les structures en mer fixes en acier et en béton. Les
effets d’événements sismiques sur les structures flottantes et partiellement flottantes sont brièvement
décrits. L’évaluation, spécifique au site, des plates-formes auto-élévatrices en situation surélevée est
uniquement traitée dans le présent document dans la mesure où les exigences sont applicables.
Seuls les mouvements du sol induits par des séismes sont traités en détail. D’autres risques géologiques
tels que la liquéfaction, l’instabilité des pentes, les failles, les tsunamis, les volcans de boue et les ondes
de choc sont également mentionnés et brièvement décrits.
Les exigences sont destinées à réduire les risques encourus par les personnes, l’environnement et les
installations au niveau de risque le plus bas qui soit raisonnablement réalisable. Cette intention est
atteinte à l’aide:
a) de procédures de conception parasismique qui dépendent du niveau d’exposition de la structure en
mer et de l’intensité prévue des événements sismiques;
b) d’un contrôle de conception parasismique à deux niveaux, dans lequel la structure est conçue
selon l’état limite ultime (ULS) en termes de résistance et de rigidité avant d’être confrontée à des
événements environnementaux anormaux ou à l’état limite anormal (ALS), afin de garantir qu’elle
satisfait aux exigences de résistance de réserve et de dissipation d’énergie.
Les procédures et exigences s’appliquant à la réalisation d’une analyse probabiliste de l’aléa sismique
(PSHA), spécifique au site, sont exposées pour les structures en mer installées dans des zones à forte
activité sismique et/ou fortement exposées. Cependant, ces procédures de l’étude PSHA ne sont pas
expliquées de manière approfondie.
Lorsqu’une approche de conception simplifiée est admise, des cartes internationales, incluses dans
l’Annexe B, indiquent l’intensité des secousses en mer pour une période de retour de 1 000 ans. Dans de
tels cas, ces cartes peuvent être utilisées avec des facteurs d’échelle correspondants afin de déterminer
les actions sismiques appropriées pour la conception d’une structure.
Pour la conception des structures en mer fixes en acier, d’autres exigences spécifiques et des valeurs
recommandées des paramètres de conception (par exemple facteurs d’action partiels et de résistance)
sont indiquées dans l’ISO 19902, tandis que celles relatives aux structures en mer fixes en béton sont
énoncées dans l’ISO 19903. L’ISO 19904 intègre des exigences parasismiques relatives aux structures
flottantes, l’ISO 19905 (toutes les parties) des exigences relatives à l’évaluation spécifique au site de
plates-formes auto-élévatrices et autres MOU, l’ISO 19906 des exigences relatives aux structures
arctiques et l’ISO 19901-3 des exigences relatives aux superstructures.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les
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ISO 19901-2:2017(F)
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 19900, Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences générales pour les structures en mer
ISO 19901-8, Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques relatives aux structures en
mer — Partie 8: Investigations des sols en mer
ISO 19902, Industries du pétrole et du gaz naturel — Structures en mer fixes en acier
ISO 19903, Industries du pétrole et du gaz naturel — Structures en mer en béton
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 19900 ainsi que les
suivants s'appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
3.1
séisme de niveau anormal
ALE
séisme intense de sévérité anormale avec une très faible probabilité d’occurrence au cours de la durée
de vie de la structure
Note 1 à l'article: L’événement ALE est comparable aux événements anormaux dans la conception de structures
fixes qui sont décrits dans l’ISO 19902 et l’ISO 19903.
3.2
atténuation
déclin des ondes sismiques au cours de leur propagation depuis leur source jusqu’au site considéré
3.3
combinaison directionnelle
combinaison des valeurs de réponse issues de chacune des trois composantes orthogonales des
mouvements du sol induits par des séismes
3.4
voies et système d’évacuation
système installé sur une structure en mer pour faciliter l’évacuation en cas d’urgence
EXEMPLE Passages, goulottes, échelles, canots de sauvetage et ponts d’envol des hélicoptères.
3.5
séisme de niveau extrême
ELE
séisme majeur avec une probabilité raisonnable d’occurrence au cours de la durée de vie de la structure
Note 1 à l'article: L’événement ELE est comparable aux événements environnementaux extrêmes dans la
conception de structures fixes qui sont décrits dans l’ISO 19902 et l’ISO 19903.
3.6
mouvement de faille
mouvement se produisant au niveau d’une faille au cours d’un séisme
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ISO 19901-2:2017(F)
3.7
mouvement sismique du sol
accélérations, vitesses ou déplacements du sol générés par les ondes sismiques se propageant à partir
de l’hypocentre des séismes
Note 1 à l'article: Les fondations d’une structure en mer fixe reposent dans ou sur le sous-sol marin (3.17); par
conséquent, seuls les mouvements sismiques du sous-sol marin ont de l’importance. Le terme «mouvements
sismiques du sol» est préféré à «mouvements sismiques du sous-sol marin» par souci de cohérence avec la
terminologie utilisée dans le domaine de la conception parasismique pour les structures à terre.
Note 2 à l'article: Les mouvements sismiques du sol peuvent se produire à une profondeur spécifique ou sur une
zone spécifique du sous-sol marin.
3.8
liquéfaction
fluidisation d’un sol en raison de l’augmentation des pressions interstitielles générée par l’action du
séisme dans des conditions non drainées
3.9
combinaison modale
combinaison des valeurs de réponse associées à chaque mode dynamique d’une structure
3.10
volcan de boue
intrusion diapirique d’argile plastique provoquant des suintements d’eau et de gaz sous haute pression
qui font remonter de la boue, des fragments de roche (et occasionnellement du pétrole) à la surface
Note 1 à l'article: Un volcan de boue se présente sur le fond marin sous la forme d’un cône de boue duquel
s’échappe du gaz en continu ou de manière sporadique.
3.11
analyse probabiliste de l’aléa sismique
PSHA
cadre d’étude permettant l’identification, la quantification et la combinaison rationnelle des incertitudes
relatives à l’intensité des séismes, leurs emplacements, leurs taux de récurrence et les variations dans
les caractéristiques des mouvements sismiques du sol (3.7)
3.12
probabilité de dépassement
probabilité qu’une variable (ou un événement) dépasse un niveau de référence spécifié pour un temps
d’exposition donné
EXEMPLE Les probabilités annuelles de dépassement d’une certaine magnitude d’accélération sismique du
sol, de vitesse du sol ou de déplacement du sol sont des exemples de probabilité de dépassement au cours d’un
temps d’exposition donné.
3.13
réponse spectrale
fonction représentant la réponse élastique maximale des oscillateurs à un seul degré de liberté avec un
rapport d'amortissement spécifique en termes d’accélération absolue, de pseudo-vitesse ou de valeurs
de déplacement relatives en fonction de la fréquence naturelle ou de la période des oscillateurs
3.14
système de sécurité
système installé sur une structure en mer, destiné à détecter, maîtriser et réduire au minimum les
situations dangereuses
EXEMPLE Dispositifs de détection de gaz, d’arrêt d’urgence, de protection contre les incendies et leurs
systèmes de commande.
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ISO 19901-2:2017(F)
3.15
fond marin
interface entre la mer et le sous-sol marin (3.17)
3.16
glissement du sous-sol marin
effondrement des pentes du sous-sol marin (3.17)
3.17
sous-sol marin
matériaux situés sous le fond marin (3.15) dans lesquels reposent les fondations de la structure
3.18
catégorie de risque sismique
SRC
catégorie définie à partir du niveau d’exposition et de l’intensité prévue des mouvements sismiques
3.19
courbe d’aléa sismique
courbe indiquant la probabilité de dépassement (3.12) annuelle en fonction d’une mesure de l’intensité
sismique
Note 1 à l'article: Les mesures d’intensité sismique peuvent comprendre des paramètres tels que l’accélération
maximale du sol, l’accélération spectrale (3.22) ou la vitesse spectrale (3.23).
3.20
coefficient de capacité de réserve sismique
coefficient indiquant l’aptitude de la structure à supporter les mouvements sismiques du sol au-delà du
niveau de l’ELE (3.5)
Note 1 à l'article: Le coefficient de capacité de réserve sismique est une propriété spécifique à la structure qui est
utilisée pour déterminer l’accélération ELE à partir de l’accélération ALE (3.1).
3.21
analyse de la réponse du site
analyse de la propagation des ondes permettant d’évaluer l’effet des conditions géologiques locales
et des conditions de sol sur les mouvements sismiques du sol (3.7) au fur et à mesure que les ondes se
propagent du fond vers la surface au niveau du site
3.22
accélération spectrale
réponse maximale de l’accélération absolue d’un oscillateur à un seul degré de liberté soumis à des
mouvements du sol (3.7) induits par un séisme
3.23
vitesse spectrale
réponse maximale de la pseudo-vitesse d’un oscillateur à un seul degré de liberté soumis à des
mouvements du sol (3.7) induits par un séisme
Note 1 à l'article: Le spectre de pseudo-vitesse est calculé en factorisant les spectres de déplacement ou
d’accélération respectivement par la fréquence angulaire de l’oscillateur ou l’inverse de sa fréquence. Le pseudo-
spectre est relatif ou absolu, selon le type de spectres de réponse factorisés.
3.24
déplacement spectral
réponse maximale du déplacement relatif d’un oscillateur à un seul degré de liberté soumis à des
mouvements du sol (3.7) induits par un séisme
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ISO 19901-2:2017(F)
3.25
méthode statique en poussée progressive
analyse statique en poussée progressive
application et augmentation progressive d’un ensemble global d’actions statiques sur une structure, y
compris des actions inertielles dynamiques équivalentes, jusqu’à l’apparition d’un mécanisme global
de rupture
3.26
tsunami
vagues de mer de longue période dues à de rapides mouvements verticaux du fond marin (3.15)
Note 1 à l'article: Le mouvement vertical du fond marin est souvent associé à une rupture de faille pendant les
séismes ou à des glissements du sous-sol marin (3.16).
4 Symboles et abréviations
4.1 Symboles
a pente de la courbe d’aléa sismique
R
C coefficient de site, un facteur de correction appliqué à la partie accélération (périodes
a
plus courtes) d’une réponse spectrale
C facteur de correction appliqué à l’accélération spectrale pour tenir compte des incerti-
c
tudes non prises en compte dans une courbe d’aléa sismique
C coefficient de capacité de réserve sismique, voir les Formules (7) et (10)
r
C coefficient de site, un facteur de correction appliqué à la partie vitesse (périodes plus
v
longues) d’une réponse spectrale
s résistance au cisaillement non drainé du sol
u
s̅ résistance au cisaillement non drainé moyenne du sol dans le sous-sol marin effectif
u
D facteur d’échelle pour l’amortissement
G module de cisaillement à faible amplitude du sol
max
g accélération due à la pesanteur
M magnitude d’un séisme mesurée par l’énergie libérée à sa source
N facteur d’échelle pour convertir le spectre d’accélération du site à 1 000 ans de période de
ALE
retour en spectre d’accélération ALE du site
p pression atmosphérique
a
P probabilité annuelle de dépassement pour l’événement ALE
ALE
P probabilité de dépassement
e
P probabilité annuelle de dépassement pour l’événement ELE
ELE
P objectif de probabilité annuelle de défaillance
f
q résistance à la pénétration au cône du sable
c
q résistance normalisée à la pénétration au cône du sable
cl
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résistance normalisée moyenne à la pénétration au cône du sable dans le sous-sol marin
q
cl
effectif
S (T) accélération spectrale associée à une période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T
a
accélération spectrale moyenne associée à une période d’oscillateur à un seul degré de
ST()
a
liberté, T; obtenue à partir d’une étude PSHA
S (T) accélération spectrale ALE associée à une période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T
a,ALE
accélération spectrale ALE moyenne associée à une période d’oscillateur à un seul degré
ST()
a,ALE
de liberté, T; obtenue à partir d’une étude PSHA
S (T) accélération spectrale ELE associée à une période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T
a,ELE
accélération spectrale ELE moyenne associée à une période d’oscillateur à un seul degré
ST()
a,ELE
de liberté, T; obtenue à partir d’une étude PSHA
S (T) accélération spectrale au rocher pour une période de retour de 1 000 ans, obtenue à par-
a,carte
tir des cartes associées à une période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T
NOTE Les cartes incluses dans l’Annexe B correspondent à des périodes d’oscillateur de
0,2 s et 1,0 s.
accélération spectrale moyenne associée à une probabilité de dépassement, P , et à une
e
ST()
a,Pe
période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T; obtenue à partir d’une étude PSHA
accélération spectrale moyenne associée à une probabilité cible annuelle de défaillance,
ST()
a,Pf
P , et à une période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T; obtenue à partir d’une
f
étude PSHA
S (T) accélération spectrale du site correspondant à une période de retour de 1 000 ans et à
a,site
une période d’oscillateur à un seul degré de liberté, T
T période naturelle d’un oscillateur simple à un seul degré de liberté
T période modale dominante de la structure
dom
T période de retour
retour
u utilisation de code dans l’analyse des accélérogrammes, i
i
utilisation de code médian
u
V vitesse représentative de la propagation de l’onde de cisaillement
s
V̅ vitesse représentative moyenne de propagation de l’onde de cisaillement dans le sous-sol
s
marin effectif
ρ masse volumique du sol
η pourcentage d’amortissement critique
σ écart-type logarithmique des incertitudes non prises en compte dans une courbe d’aléa
LR
sismique
σ′ contrainte effective verticale du sol in situ
v0
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ISO 19901-2:2017(F)
4.2 Abréviations
ALE séisme de niveau anormal
ALS état limite anormal
ELE séisme de niveau extrême
L1, L2, L3 ni
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.