ISO 19901-4:2003

Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for offshore structures — Part 4: Geotechnical and foundation design considerations

ISO 19901-4:2003 contains requirements and recommendations for those aspects of geoscience and foundation engineering that are applicable to a broad range of offshore structures, rather than to a particular structure type. Such aspects are site characterization, soil and rock characterization, and design and installation of foundations supported by the seabed (shallow foundations) and the identification of hazards. Aspects of soil mechanics and foundation engineering that apply equally to offshore and onshore structures are not addressed. The user of this part of ISO 19901-4:2003 is expected to be familiar with such aspects.

Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques relatives aux structures en mer — Partie 4: Bases conceptuelles des fondations

L'ISO 19901-4:2003 contient les exigences et les recommandations relatives aux aspects géotechniques et de dimensionnement des fondations qui s'appliquent à une vaste gamme de structures en mer, plutôt qu'à un type particulier de structure. Ces aspects sont la caractérisation du site, la caractérisation des sols et des roches, le dimensionnement et installation des fondations supportées par le lit océanique (fondations superficielles), et l'identification des risques. Les aspects de mécanique des sols et de dimensionnement des fondations qui s'appliquent aussi bien aux structures en mer qu'aux structures terrestres ne sont pas couverts. L'utilisateur de l'ISO 19901-4:2003 est considéré comme familier de ces aspects.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 10-Aug-2003
• Withdrawal Date: 10-Aug-2003
• ICS: 75.180.10 - Exploratory, drilling and extraction equipment
• Technical Committee: ISO/TC 67/SC 7 - Offshore structures
• Drafting Committee: ISO/TC 67/SC 7/WG 10 - Foundations
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 15-Jul-2016

Relations

• Revised: ISO 19901-4:2016 - Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for offshore structures — Part 4: Geotechnical and foundation design considerations
• Effective Date: 10-Dec-2011

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19901-4
First edition
2003-08-01


Petroleum and natural gas industries —
Specific requirements for offshore
structures —
Part 4:
Geotechnical and foundation design
considerations
Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques
relatives aux structures en mer —
Partie 4: Bases conceptuelles des fondations




Reference number
ISO 19901-4:2003(E)
©
ISO 2003

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ISO 19901-4:2003(E)
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ISO 19901-4:2003(E)
Contents Page
Foreword. v
Introduction . vii
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 2
4 Symbols. 3
5 General requirements. 4
5.1 General. 4
5.2 Testing and instrumentation. 4
5.3 Conductor installation and shallow well drilling . 5
6 Geotechnical data acquisition and integrated geoscience studies. 5
6.1 Geotechnical assessment. 5
6.2 Shallow geophysical investigation . 5
6.3 Geological modelling and identification of hazards.6
6.4 Geotechnical investigation. 8
7 Stability of shallow foundations. 9
7.1 General. 9
7.2 Principles. 10
7.3 Acceptance criteria. 10
7.4 Undrained bearing capacity — constant shear strength. 12
7.5 Undrained bearing capacity — linearly increasing shear strength . 13
7.6 Drained bearing capacity . 13
7.7 Shear strength used in bearing capacity calculations. 14
7.8 Settlements and displacements . 14
7.9 Dynamic behaviour. 14
7.10 Hydraulic stability. 15
7.11 Installation and removal. 15
7.12 Shallow foundations equipped with skirts. 15
7.13 Shallow foundations without skirts . 15
7.14 Installation effects. 16
Annex A (informative) Additional information and guidance. 17
A.1 Scope. 17
A.2 Normative references. 17
A.3 Terms and definitions. 17
A.4 Symboles. 17
A.5 General requirements. 17
A.6 Geotechnical data acquisition and integrated geoscience studies. 18
A.6.1 Geotechnical assessment. 18
A.6.2 Shallow geophysical investigation . 18
A.6.3 Geological modelling and identification of hazards.18
A.6.4 Geotechnical investigation. 18
A.7 Stability of shallow foundations. 20
A.7.1 General. 20
A.7.2 Principles. 20
A.7.3 Acceptance criteria. 22
A.7.4 Undrained bearing capacity — constant shear strength. 22
A.7.5 Undrained bearing capacity — linearly increasing shear strength . 23
A.7.6 Drained bearing capacity . 25
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ISO 19901-4:2003(E)
A.7.7 Shear strength used in bearing capacity calculations.26
A.7.8 Settlements and displacements.26
A.7.9 Dynamic behaviour.26
A.7.10 Hydraulic stability.26
A.7.11 Installation and removal.26
A.7.12 Shallow foundations equipped with skirts .26
A.7.13 Shallow foundations without skirts.27
A.7.14 Installation effects.27
Annex B (informative) Carbonate soils.28
B.1 General.28
B.2 Characteristic features.28
B.3 Properties.29
B.4 Foundations.29
B.4.1 Driven piles.29
B.4.2 Other deep foundation alternatives.29
B.4.3 Shallow foundations.29
B.5 Assessment.30
Bibliography.31

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ISO 19901-4:2003(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 19901-4 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.
ISO 19901 consists of the following parts, under the general title Petroleum and natural gas industries —
Specific requirements for offshore structures:
 Part 4: Geotechnical and foundation design considerations
 Part 5: Weight control during engineering and construction
The following parts of ISO 19901 are under preparation:
 Part 1: Metocean design and operating considerations
 Part 2: Seismic design procedures and criteria
 Part 3: Topsides structure
 Part 6: Marine operations
 Part 7: Stationkeeping systems for floating offshore structures and mobile offshore units
ISO 19901 is one of a series of standards for offshore structures. The full series consists of the following
International Standards.
 ISO 19900, Petroleum and natural gas industries — General requirements for offshore structures
 ISO 19901 (all parts), Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for offshore
structures
 ISO 19902, Petroleum and natural gas industries — Fixed steel offshore structures
 ISO 19903, Petroleum and natural gas industries — Fixed concrete offshore structures
 ISO 19904, Petroleum and natural gas industries — Floating offshore structures
 ISO 19905-1, Petroleum and natural gas industries — Site-specific assessment of mobile offshore
units — Part 1: Jack-ups
© ISO 2003 — All rights reserved v

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ISO 19901-4:2003(E)
 ISO/TR 19905-2, Petroleum and natural gas industries — Site-specific assessment of mobile offshore
units — Part 2: Jack-ups commentary
 ISO 19906, Petroleum and natural gas industries — Arctic offshore structures
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ISO 19901-4:2003(E)
Introduction
The offshore structures International Standards ISO 19900 to ISO 19906 constitute a common basis covering
those aspects that address 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 of the materials used.
It is important to recognize that structural integrity is an overall concept comprising models for describing
actions, structural analyses, design rules, safety elements, workmanship, quality control procedures and
national requirements, all of which are mutually dependent. The modification of one aspect of design 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 offshore structures International Standards are 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. For foundations, some additional considerations
apply. These include the time, frequency and rate at which actions are applied, the method of foundation
installation, the properties of the surrounding soil, the overall behaviour of the seabed, effects from adjacent
structures and the results of drilling into the seabed. All of these, and any other relevant information, need to
be considered in relation to the overall reliability of the foundation.
The design practice for the foundations of offshore structures has proved to be an innovative and evolving
process over the years since the 1950s. This evolution is expected to continue and is encouraged. Therefore,
circumstances can arise when the procedures described herein or in the other International Standards
ISO 19902 to ISO 19906 (or elsewhere) are insufficient on their own to ensure that a safe and economical
foundation design is achieved.
Seabed soils vary. Experience gained at one location is not necessarily applicable at another. The scope of
the site investigation for one structure is not necessarily adequate for another. Extra caution is necessary
when dealing with unfamiliar soils or foundation concepts. This part of ISO 19901 is intended to provide wide
latitude in the choice of site investigation techniques and foundation solutions, without hindering innovation.
Sound engineering judgement is therefore necessary in the use of this part of ISO 19901.
For an offshore structure and its foundations, the action effects at the interface between the structure's
subsystem and the foundation's subsystem(s) are internal forces, moments and deformations. When
addressing the foundation's subsystem(s) in isolation, these internal forces, moments and deformations may
be considered as actions on the foundation's subsystem(s) and this approach is followed in this part of
ISO 19901.
To meet certain needs of industry for linking software to specific elements in this part of ISO 19901, a special
numbering system has been permitted for figures, tables and equations.
Some background to and guidance on the use of this part of ISO 19901 is provided for information in Annex A.
Guidance on foundations in carbonate soils is provided for information in Annex B. There is, as yet, insufficient
knowledge and understanding of such soils to produce normative requirements.

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 19901-4:2003(E)

Petroleum and natural gas industries — Specific requirements
for offshore structures —
Part 4:
Geotechnical and foundation design considerations
1 Scope
This part of ISO 19901 contains requirements and recommendations for those aspects of geoscience and
foundation engineering that are applicable to a broad range of offshore structures, rather than to a particular
structure type. Such aspects are
 site characterization,
 soil and rock characterization,
 design and installation of foundations supported by the seabed (shallow foundations), and
 identification of hazards.
Aspects of soil mechanics and foundation engineering that apply equally to offshore and onshore structures
are not addressed. The user of this part of ISO 19901 is expected to be familiar with such aspects.
NOTE 1 Particular requirements for the design of piled foundations, which have a traditional association with fixed steel
structures, are given in ISO 19902.
NOTE 2 Particular requirements for the design of shallow gravity foundations, which have a traditional association with
fixed concrete structures, are detailed in ISO 19903.
NOTE 3 Particular requirements for the anchor points of mooring systems of floating structures are detailed in
[65]
ISO 19901-7 .
NOTE 4 Particular requirements for the design of spud can foundations, which have a traditional association with jack-
up mobile offshore units (MOUs), are detailed in ISO 19905 (all parts).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 19902, Petroleum and natural gas industries — Fixed steel offshore structures
ISO 19903, Petroleum and natural gas industries — Fixed concrete offshore structures
ISO 19905-1, Petroleum and natural gas industries — Site-specific assessment of mobile offshore units —
Part 1: Jack-ups
ISO/TR 19905-2, Petroleum and natural gas industries — Site-specific assessment of mobile offshore units —
Part 2: Jack-ups commentary
© ISO 2003 — All rights reserved 1

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ISO 19901-4:2003(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 19900 and the following apply.
3.1
design actions
combination of representative actions and partial safety factors representing a design situation for use in
checking the acceptability of a design
3.2
drained condition
condition whereby the applied stresses and stress changes are supported by the soil skeleton and do not
cause a change in pore pressure
3.3
effective foundation area
reduced foundation area having its geometric centre at the point where the resultant action vector intersects
the foundation base level
3.4
material factor
partial safety factor applied to the strength of the soil
3.5
sea floor
interface between the sea and the seabed
3.6
seabed
materials below the sea in which a structure is founded, whether of soils such as sand, silt or clay, cemented
materials or of rock
NOTE 1 The seabed can be considered as the half-space below the sea floor.
NOTE 2 Offshore foundations are most commonly installed in soils, and the terminology in this part of ISO 19901
reflects this. However, the requirements equally apply to cemented seabed materials and rocks. Thus, the term “soil” does
not exclude any other material at or below the sea floor.
NOTE 3 As yet there are no universally accepted definitions of the various types of soil and rock, see A.6.4.3.
3.7
settlement
permanent downward movement of a structure as a result of its own weight and other actions
3.8
undrained condition
condition whereby the applied stresses and stress changes are supported by both the soil skeleton and the
pore fluid and do not cause a change in volume
3.9
undrained shear strength
maximum shear stress at yielding or at a specified maximum strain in an undrained condition
NOTE Yielding is the condition of a material in which a large plastic strain occurs at little or no stress increase.
2 © ISO 2003 — All rights reserved

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ISO 19901-4:2003(E)
4 Symbols
Commonly used symbols are listed below, other symbols are defined in the text following the applicable
formula. It should be noted that symbols can have different meanings between formulae.
A total foundation area
A′ effective foundation area
A embedded vertical cross-sectional area of foundation
h
a soil attraction
B′ effective width of foundation
c undrained shear strength of clay
u
c average undrained shear strength between sea floor and base level for linearly increasing isotropic
u,ave
undrained shear strength with depth
c undrained shear strength at base level
u,0
D depth to base level
b
H factored horizontal total action on base area
b
K correction factor, which accounts for inclined actions, foundation shape, and depth of embedment
c
K drained horizontal soil reaction coefficient
rd
K undrained horizontal soil reaction coefficient
ru
L effective length of foundation area
′
p effective overburden stress at base level (skirt tip level when skirts are used)
0
Q design sliding resistance
d,h
Q design bearing capacity in the absence of horizontal actions
d,v
q design unit bearing capacity in the absence of horizontal actions
d,v
V factored vertical total action on base area
b
γ material factor
m
γ ′ submerged unit weight of soil
κ rate of increase of undrained shear strength with depth
φ ′ effective angle of internal friction
© ISO 2003 — All rights reserved 3

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ISO 19901-4:2003(E)
5 General requirements
5.1 General
The foundation shall be designed to carry static and dynamic (repetitive as well as transient) actions without
causing excessive deformation of or vibrations in the structure. Special attention shall be given to the effects
of repetitive and transient actions on the structural response, as well as on the strength of the supporting soils.
The possibility of movement of the seabed shall be considered. Any actions resulting from such movements
on foundation members shall be considered in the design. The potential for disturbance to foundation soils by
conductor installation or shallow well drilling shall be assessed (see 5.3).
5.2 Testing and instrumentation
Where there is uncertainty regarding the behaviour of foundations, testing or instrumentation should be
undertaken. Possible methods include the following.
a) Load testing.
Load testing or large-scale field testing should be performed where there is particular uncertainty in the
foundation capacity and where safety and/or economy are of particular importance.
b) Model tests.
Model tests should be performed where
1) the foundation configuration differs significantly from earlier configurations where operational
experience exists,
2) the soil conditions differ significantly from those where operational experience exists,
3) new methods of installation or removal are envisaged, or
4) a high degree of uncertainty exists as to how the structure or its foundation will behave.
c) Temporary instrumentation.
Structures should be fitted with temporary instrumentation where
1) the installation method presupposes the existence of measured data for control of the operation, or
2) an installation method is to be applied with which little or no experience has been gained.
d) Permanent instrumentation.
Structures should be fitted with permanent instrumentation where
1) the safety or behaviour of the foundation is dependent on active operation,
EXAMPLE Where drainage systems are used, data shall be immediately accessible to the user.
2) the foundation configuration, the soil conditions, or the actions differ substantially from those with
which experience has been gained,
3) there is a need for monitoring of the whole foundation with regard to penetration, settlement, tilt, or
other behaviour, or
4) the method of removal presupposes the existence of measured data for control of the operation.
4 © ISO 2003 — All rights reserved

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ISO 19901-4:2003(E)
5.3 Conductor installation and shallow well drilling
The planning for conductor installation and shallow well drilling shall take into account the potential for
disturbance to foundation soils and the consequent risk of a reduction in stability of the structure or of adjacent
conductors.
Soil disturbances during drilling operations can result from hydraulic fracture, washout (uncontrolled
enlargement of the drilled hole), or shallow gas pockets. Hydraulic fracture occurs where drilling fluid pressure
is too high and fluid is lost into the formation, possibly softening the surrounding soil. Washout generally
occurs in granular soils and can, in part, be induced by high drilling fluid circulation rates or drilling without
mud. Washout can produce large voids in the soil structure and lead to stress relief in the surrounding soils.
These incidents can be accompanied by loss of circulation of drilling fluids, return of these fluids to the sea
floor other than through the conductor, or the creation of sea floor craters. Thereby the stability of foundations
can be reduced and displacements increased. These detrimental effects can occur whether the drilling takes
place after installation of the structure or before, e.g. through a pre-installed template or for an exploration
well.
Records of conductor installation and shallow well drilling shall be available to the designer of the structure.
The implications for foundation soils of any incidents of inadequate grouting, excessive loss of circulation,
return of drilling fluids to the sea floor other than through the conductor, or creation of sea floor craters should
be assessed. The cuttings from the well drilling operation, if allowed to accumulate on the sea floor, should be
taken into account in the foundation design, installation procedure and structure removal.
6 Geotechnical data acquisition and integrated geoscience studies
6.1 Geotechnical assessment
The determination of geotechnical parameters and the assessment of geological hazards and constraints
result from an integrated study of the area using geophysics, geology and geotechnical engineering.
Geophysical data are acquired to develop a geological model so as to better understand depositional and
other processes and features of an area. The geophysical d
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 19901-4
Première édition
2003-08-01


Industries du pétrole et du gaz naturel —
Exigences spécifiques relatives aux
structures en mer —
Partie 4:
Bases conceptuelles des fondations
Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for
offshore structures —
Part 4: Geotechnical and foundation design considerations




Numéro de référence
ISO 19901-4:2003(F)
©
ISO 2003

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ISO 19901-4:2003(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT


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quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit
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Version française parue en 2013
Publié en Suisse

ii © ISO 2003 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 19901-4:2003(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction.vii
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Symboles.3
5 Exigences générales.4
5.1 Généralités .4
5.2 Essais et instrumentation.4
5.3 Installation d'un tube conducteur et forage d'un puits peu profond .5
6 Acquisition des données géotechniques et études géologiques intégrées .5
6.1 Évaluation géotechnique.5
6.2 Étude géophysique superficielle .5
6.3 Modélisation géologique et identification des dangers .6
6.4 Reconnaissance géotechnique.8
7 Stabilité des fondations superficielles.10
7.1 Généralités .10
7.2 Principes.11
7.3 Critères d'acceptation.11
7.4 Capacité portante à l'état non drainé — résistance au cisaillement constante.14
7.5 Capacité portante à l'état non drainé — résistance au cisaillement augmentant de façon
linéaire .14
7.6 Capacité portante à l'état drainé .15
7.7 Résistance au cisaillement utilisée dans les calculs de capacité portante .15
7.8 Tassements et déplacements .16
7.9 Comportement dynamique.16
7.10 Stabilité hydraulique .16
7.11 Installation et enlèvement.16
7.12 Fondations superficielles équipées de jupes.17
7.13 Fondations superficielles sans jupe .17
7.14 Effets de l'installation.17
Annexe A (informative) Informations et lignes directrices supplémentaires .18
A.1 Domaine d'application .18
A.2 Références normatives.18
A.3 Termes et définitions .18
A.4 Symboles.18
A.5 Exigences générales.18
A.6 Acquisition des données géotechniques et études géologiques intégrées .18
A.6.1 Évaluation géotechnique.18
A.6.2 Étude géophysique superficielle .18
A.6.3 Modélisation géologique et identification des dangers .19
A.6.4 Reconnaissance géotechnique.19
A.7 Stabilité des fondations superficielles.21
A.7.1 Généralités .21
A.7.2 Principes.21
A.7.3 Critères d'acceptation.23
A.7.4 Capacité portante à l'état non drainé — résistance au cisaillement constante.23
© ISO 2003 – Tous droits réservés iii

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ISO 19901-4:2003(F)
A.7.5 Capacité portante à l'état non drainé — résistance au cisaillement augmentant de façon
linéaire .24
A.7.6 Capacité portante à l'état drainé .26
A.7.7 Résistance au cisaillement utilisée dans les calculs de capacité portante .27
A.7.8 Tassements et déplacements.27
A.7.9 Comportement dynamique .28
A.7.10 Stabilité hydraulique .28
A.7.11 Installation et enlèvement.28
A.7.12 Fondations superficielles équipées de jupes .28
A.7.13 Fondations superficielles sans jupe.28
A.7.14 Effets de l'installation.28
Annexe B (informative) Sols carbonatés .29
B.1 Généralités .29
B.2 Particularités caractéristiques .29
B.3 Propriétés .30
B.4 Fondations.30
B.4.1 Pieux battus.30
B.4.2 Autres alternatives pour les fondations profondes .31
B.4.3 Fondations superficielles .31
B.5 Évaluation.31
Bibliographie .32

iv © ISO 2003 – Tous droits réservés

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ISO 19901-4:2003(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 19901-4 a été élaborée par le comité technique 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.
L'ISO 19901 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industries du pétrole et du gaz
naturel — Exigences spécifiques relatives aux structures en mer:
⎯ Partie 4: Bases conceptuelles des fondations
⎯ Partie 5: Contrôles des poids durant la conception et la fabrication
Les parties suivantes de l'ISO 19901 sont en préparation:
⎯ Partie 1: Dispositions océano-météorologiques pour la conception et l'exploitation
⎯ Partie 2: Procédures de conception et critères sismiques
⎯ Partie 3: Superstructures
⎯ Partie 6: Opérations marines
⎯ Partie 7: Systèmes de maintien en position des structures en mer flottantes et des unités mobiles en mer
L'ISO 19901 fait partie d'une série de normes relatives aux structures en mer. La série comprend les Normes
internationales suivantes:
⎯ ISO 19900, Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences générales pour les structures en mer
⎯ ISO 19901 (toutes les parties), Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques relatives
aux structures 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 fixes en béton
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ISO 19901-4:2003(F)
⎯ ISO 19904, Industries du pétrole et du gaz naturel — Structures en mer flottantes
⎯ ISO 19905-1, Industries du pétrole et du gaz naturel — Évaluation spécifique au site d'unités mobiles en
mer — Partie 1: Plates-formes auto-élévatrices
⎯ ISO/TR 19905-2, Industries du pétrole et du gaz naturel — Évaluation spécifique au site d'unités mobiles
en mer — Partie 2: Compléments sur les plates-formes auto-élévatrices
⎯ ISO 19906, Industries du pétrole et du gaz naturel — Structures arctiques en mer
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ISO 19901-4:2003(F)
Introduction
Les Normes internationales ISO 19900 à ISO 19906 constituent une base commune couvrant les exigences
liées à la conception et à l’évaluation de toutes les structures en mer utilisées dans le monde par les
industries du pétrole et du gaz naturel. Leur mise en œuvre a pour finalité d'atteindre des niveaux de fiabilité
appropriés pour les structures en mer habitées ou non, quels que soient le type de structure et la nature des
matériaux utilisés.
Il est important de savoir que l’intégrité structurale est un concept global qui comprend la modélisation des
actions, les analyses structurales, les règles de conception, les aspects liés à la sécurité, la qualité de
l’exécution, ainsi que les procédures de contrôle de la qualité et les réglementations nationales, ces divers
éléments étant interdépendants. La modification d’un aspect isolé des bases conceptuelles peut avoir, en
termes de fiabilité, une incidence sur la conception globale ou sur les performances de la structure dans son
ensemble. Par conséquent, les effets de toute modification apportée à une structure en mer doivent être
considérés par rapport à la fiabilité de l’ensemble du système.
Les Normes internationales relatives aux structures en mer sont conçues pour offrir une grande latitude dans
le choix des configurations, des matériaux et des techniques de construction sans faire obstacle à
l’innovation. Il est par conséquent nécessaire d’en faire usage à la lumière d’un jugement technique avisé.
Le concept général d’intégrité structurelle est décrit ci-dessus. Pour les fondations, des considérations
complémentaires sont applicables. Celles-ci comprennent la durée, la fréquence et la vitesse d’application
des charges, la méthode d’installation des fondations, les propriétés du sol environnant, le comportement
global du lit océanique, les effets des structures adjacentes et les résultats du forage dans le lit océanique.
Tout cela, ainsi que toute autre information applicable, doit être considéré en relation avec la fiabilité globale
de la fondation.
La pratique du dimensionnement des fondations pour les structures en mer est un processus innovant et en
continuelle évolution depuis les années 1950. Cette évolution va probablement continuer et est encouragée.
Ainsi, dans certaines circonstances, les procédures décrites dans le présent document ou dans les autres
Normes internationales ISO 19902 à ISO 19906 (ou ailleurs) peuvent être insuffisantes en elles-mêmes pour
garantir l'obtention d'un dimensionnement de fondation sûr et économique.
Les sols du lit océanique varient. L’expérience acquise sur un emplacement peut ne pas être applicable sur
un autre site. Le programme de reconnaissance de site pour une structure donnée n'est pas nécessairement
adapté pour un autre type de structure. Des précautions supplémentaires sont requises lorsque l’on a affaire à
des sols ou des concepts de fondation non familiers. L’objectif de la présente partie de l’ISO 19901 est de
fournir toute latitude dans le choix des techniques de reconnaissance de site et des solutions de fondation,
sans empêcher l’innovation. Jugement et compétence en études d’ingénierie sont donc nécessaires lors de
l’utilisation de la présente partie de l’ISO 19901.
Pour une structure en mer et ses fondations, les effets des actions à l'interface entre la structure (ou ses
sous-systèmes) et les fondations (ou ses sous-systèmes) sont composés de forces, moments et déformations
internes. Quand on s’intéresse au(x) sous-système(s) des fondations de manière isolée, ces forces, moments
et déformations internes peuvent être considérés comme des actions sur le(s) sous-système(s) des
fondations et c’est cette approche qui est suivie dans la présente partie de l’ISO 19901.
Pour satisfaire certains besoins de l’industrie de faire le lien entre des logiciels et des éléments spécifiques de
la présente partie de l'ISO 19901, un système de numérotation spécial a été adopté pour les figures, tableaux
et équations.
Des références et des indications sur la manière d’utiliser la présente partie de l’ISO 19901 sont données en
Annexe A. Des recommandations concernant les fondations dans les sols carbonatés sont données pour
information en Annexe B. En l’état actuel, la connaissance et la compréhension de ces sols sont insuffisantes
pour fournir des exigences normatives.
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NORME INTERNATIONALE ISO 19901-4:2003(F)

Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques
relatives aux structures en mer —
Partie 4:
Bases conceptuelles des fondations
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 19901 contient les exigences et les recommandations relatives aux aspects
géotechniques et de dimensionnement des fondations qui s'appliquent à une vaste gamme de structures en
mer, plutôt qu'à un type particulier de structure. Ces aspects sont les suivants:
⎯ caractérisation du site,
⎯ caractérisation des sols et des roches,
⎯ dimensionnement et installation des fondations supportées par le lit océanique (fondations superficielles),
et
⎯ identification des risques.
Les aspects de mécanique des sols et de dimensionnement des fondations qui s'appliquent aussi bien aux
structures en mer qu'aux structures terrestres ne sont pas couverts. L'utilisateur de la présente partie de
l'ISO 19901 est considéré comme familier de ces aspects.
NOTE 1 Les exigences particulières relatives au dimensionnement des pieux de fondation, qui sont traditionnellement
associés aux structures fixes en acier, sont données dans l'ISO 19902.
NOTE 2 Les exigences particulières relatives au dimensionnement des fondations superficielles par gravité, qui sont
traditionnellement associées aux structures fixes en béton, sont données dans l'ISO 19903.
NOTE 3 Les exigences particulières relatives aux points d'ancrage des systèmes d'amarrage des structures flottantes
[65]
sont détaillées dans l'ISO 19901-7 .
NOTE 4 Les exigences particulières relatives au dimensionnement des caissons de fondation, qui sont
traditionnellement associés aux plates-formes auto-élévatrices des unités mobiles en mer (MOU) sont détaillées dans
l'ISO 19905 (toutes les parties).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les 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 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 fixes en béton
ISO 19905-1, Industries du pétrole et du gaz naturel — Évaluation spécifique au site d'unités mobiles en
mer — Partie 1: Plates-formes auto-élévatrices
ISO/TR 19905-2, Industries du pétrole et du gaz naturel — Évaluation spécifique au site d'unités mobiles en
mer — Partie 2: Compléments sur les plates-formes auto-élévatrices
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ISO 19901-4:2003(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 19900 ainsi que les
suivnats s'appliquent.
3.1
actions de dimensionnement
combinaison d'actions représentatives et de coefficients partiels de sécurité représentant une situation
conceptuelle, destinée à être utilisée pour vérifier l'acceptabilité d'un dimensionnement
3.2
condition drainée
condition dans laquelle les contraintes appliquées et les variations de contrainte sont supportées par le
squelette du sol et ne provoquent pas de variation de la pression interstitielle
3.3
surface effective d'une fondation
surface réduite d'une fondation dont le centre géométrique se situe au niveau du point d'intersection entre le
vecteur d'action résultant et le niveau de base de la fondation
3.4
coefficient du matériau
coefficient partiel de sécurité appliqué à la résistance du sol
3.5
fond océanique
interface entre la mer et le lit océanique
3.6
lit océanique
matériaux sous la mer dans lesquels une structure prend appui, constitués de sols de type sable, limon ou
argile, de matériaux cémentés ou de roches
NOTE 1 Le lit océanique peut être considéré comme le demi-espace situé sous le fond océanique.
NOTE 2 Les fondations en mer sont le plus souvent installées dans des sols et la terminologie employée dans la
présente partie de l'ISO 19901 le reflète. Néanmoins, les exigences s'appliquent également aux matériaux de lit
océanique cémentés et aux roches. Ainsi, le terme «sol» n'exclut aucun autre matériau situé au niveau ou au-dessous du
lit océanique.
NOTE 3 A l'heure actuelle, il n'existe aucune définition universellement acceptée des différents types de sols et de
roches, voir A.6.4.3.
3.7
tassement
mouvement descendant permanent d'une structure sous l'effet de son propre poids et d'autres actions
3.8
condition non drainée
condition dans laquelle les contraintes appliquées et les variations de contrainte sont supportées à la fois par
le squelette du sol et le fluide interstitiel et ne provoquent pas de variation du volume
3.9
résistance au cisaillement à l'état non drainé
contrainte de cisaillement maximale au seuil de plasticité ou à une déformation maximale spécifiée dans une
condition non drainée
NOTE Le seuil de plasticité est l'état d'un matériau dans lequel une augmentation faible ou nulle des contraintes
entraîne une importante déformation plastique.
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ISO 19901-4:2003(F)
4 Symboles
Les symboles couramment utilisés sont indiqués ci-après; les autres symboles sont définis dans le texte après
la formule concernée. Il convient de noter que les symboles peuvent avoir des significations différentes selon
les formules.
A surface totale d'une fondation
A′ surface effective d'une fondation
A aire de la section verticale enfouie d'une fondation
h
a attraction du sol
B′ largeur effective d'une fondation
c résistance au cisaillement de l'argile à l'état non drainé
u
c résistance moyenne au cisaillement à l'état non drainé entre le lit océanique et le niveau de base pour
u,moy
une augmentation linéaire de la résistance au cisaillement à l'état non drainé isotrope avec la
profondeur
c résistance au cisaillement à l'état non drainé au niveau de base
u,0
D profondeur par rapport au niveau de base
b
H action horizontale totale pondérée sur la surface de base
b
K facteur de correction tenant compte des actions inclinées, de la forme de la fondation et de la
c
profondeur d'enfouissement
K coefficient de réaction horizontale du sol à l'état drainé
rd
K coefficient de réaction horizontale du sol à l'état non drainé
ru
L longueur effective de la surface d'une fondation
′
pression géostatique effective au niveau de base (niveau de l'extrémité de la jupe lorsque des jupes
p
0
sont utilisées)
Q résistance au glissement de calcul
d,h
Q capacité portante de calcul en l'absence d'actions horizontales
d,v
q capacité portante unitaire de calcul en l'absence d'actions horizontales
d,v
action verticale totale pondérée sur la surface de base
V
b
γ coefficient du matériau
m
γ′ poids unitaire submergé du sol
κ vitesse d'accroissement de la résistance au cisaillement à l'état non drainé avec la profondeur
φ′ angle de frottement interne effectif
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ISO 19901-4:2003(F)
5 Exigences générales
5.1 Généralités
La fondation doit être dimensionnée de manière à supporter les actions statiques et dynamiques (aussi bien
répétitives que transitoires) sans que celles-ci provoquent de déformation ni de vibrations dans la structure.
Une attention particulière doit être portée aux effets des actions répétitives et transitoires sur la réponse de la
structure ainsi que sur la résistance des sols de fondation. La possibilité de mouvement du lit océanique doit
être prise en compte. Toute action résultant de tels mouvements sur les éléments de fondation doit être prise
en compte dans la conception. La possibilité de perturbation des sols de fondation par l'installation d'un tube
conducteur ou le forage d'un puits peu profond doit être évaluée (voir 5.3).
5.2 Essais et instrumentation
En cas d'incertitude concernant le comportement des fondations, il convient de faire appel à des essais ou à
des instruments. Les méthodes possibles sont les suivantes.
a) Essais de charge.
Il convient d'effectuer des essais de charge ou des essais à grande échelle sur le terrain lorsqu'il existe
une incertitude particulière concernant la capacité des fondations et lorsque la sécurité et/ou l'économie
ont une importance particulière.
b) Essais sur modèles.
Il convient d'effectuer des essais sur modèles lorsque:
1) la configuration des fondations diffère nettement des configurations antérieures pour lesquelles on
dispose d'une expérience opérationnelle;
2) les conditions du sol diffèrent nettement de celles pour lesquelles on dispose d'une expérience
opérationnelle;
3) de nouvelles méthodes d'installation ou de retrait sont envisagées; ou
4) un haut degré d'incertitude existe quant à la façon dont la structure ou ses fondations se
comporteront.
c) Instrumentation provisoire.
Il convient d'équiper les structures d'une instrumentation provisoire lorsque:
1) la méthode d'installation présuppose l'existence de données mesurées pour le contrôle de
l'opération; ou
2) l'expérience acquise avec la méthode d'installation devant être appliquée est faible ou inexistante.
d) Instrumentation permanente.
Il convient d'équiper les structures d'une instrumentation permanente lorsque:
1) la sécurité ou le comportement des fondations dépend d'une opération active;
EXEMPLE Lorsque des systèmes de drainage sont utilisés, les données doivent être immédiatement
accessibles à l'utilisateur.
2) la configuration des fondations, les conditions du sol ou les actions diffèrent sensiblement de celles
pour lesquelles on dispose d'une expérience;
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ISO 19901-4:2003(F)
3) il est nécessaire de surveiller l'ensemble des fondations en ce qui concerne la pénétration, le
tassement, l'inclinaison ou un autre comportement; ou
4) la méthode de retrait présuppose l'existence de données mesurées pour le contrôle de l'opération.
5.3 Installation d'un tube conducteur et forage d'un puits peu profond
La planification de l'installation d'un tube conducteur et du forage d'un puits peu profond doit tenir compte de
la possibilité de perturbation des sols de fondation et du risque associé de réduction de la stabilité de la
structure ou des tubes conducteurs adjacents.
Pendant le
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