ISO 19901-2:2022
(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
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 can be used with corresponding scale factors to determine appropriate seismic actions for the design of a structure, unless more detailed information is available from local code or site-specific study. NOTE 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 the ISO 19905 series, 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 sismique et critères
Le présent document spécifie les exigences relatives à la définition des procédures et critères de conception parasismique pour les structures en mer; les recommandations 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 des 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 le plus bas qui soit raisonnablement réalisable. Ce résultat est obtenu 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 matière de résistance et de rigidité avant d'être vérifiée par rapport à des événements environnementaux anormaux ou à l'état limite anormal (ALS), afin de garantir qu'elle satisfait aux exigences de réserve de résistance 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, les procédures de l'étude PSHA ne sont pas expliquées de manière approfondie. Lorsqu'une approche de conception simplifiée est admise, des cartes des eaux mondiales, incluses dans l'Annexe B, indiquent l'intensité des secousses du sol pour une période de retour de 1 000 ans. Dans de tels cas, ces cartes peuvent être utilisées avec les facteurs d'échelle correspondants pour déterminer les actions sismiques appropriées pour la conception d'une structure, sauf si des informations plus détaillées sont fournies par un code local ou une étude spécifique au site. NOTE Pour la conception des structures en mer fixes en acier, d'autres exigences spécifiques et des valeurs recommandées des paramètres de conception (par exemple: coefficients d'action et de résistance partiels) 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, la série ISO 19905 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.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19901-2
Third edition
2022-06
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 sismique et critères
Reference number
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and abbreviated terms.4
4.1 Symbols . 4
4.2 Abbreviated terms . 6
5 Earthquake hazards .6
6 Seismic design principles and methodology . 7
6.1 Design principles . 7
6.2 Seismic design procedures . 7
6.2.1 General . 7
6.2.2 Extreme level earthquake design. 9
6.2.3 Abnormal level earthquake design . 9
6.3 Spectral acceleration data . 10
6.4 Seismic risk category . 10
6.5 Seismic design requirements . 11
6.6 Site investigation .12
7 Simplified seismic action procedure .12
7.1 Soil classification and spectral shape .12
7.2 Seismic action procedure . 16
8 Detailed seismic action procedure .17
8.1 Site-specific seismic hazard assessment . 17
8.2 Probabilistic seismic hazard analysis . 17
8.3 Deterministic seismic hazard analysis . 20
8.4 Seismic action procedure . 20
8.5 Local site response analyses .23
9 Performance requirements . .24
9.1 ELE performance . 24
9.2 ALE performance. 24
Annex A (informative) Additional information and guidance .25
Annex B (informative) Simplified action procedure spectral accelerations .34
Annex C (informative) Regional information .47
Bibliography .52
iii
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 of 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
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,
in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC
12, Materials, equipment and offshore structures for petroleum, petrochemical and natural gas industries,
in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 19901-2:2017), which has been
technically revised.
The main changes are as follows:
— the seismic hazard maps have been updated;
— Clause 3 has been updated.
A list of all parts in the ISO 19901 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
The International Standards on offshore structures prepared by TC 67 (i.e. ISO 19900, ISO 19902,
ISO 19903, ISO 19904 and ISO 19906) 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 or combination of the materials used.
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 International Standards on offshore structures prepared by TC 67 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. 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 International Standard, ISO 19900, and within the structure-
specific International Standards, ISO 19902, ISO 19903, ISO 19904 and ISO 19906. The consideration of
seismic events in connection with mobile offshore units is addressed in the ISO 19905 series.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 19901-2:2022(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 can be used with corresponding scale factors to determine appropriate seismic
actions for the design of a structure, unless more detailed information is available from local code or
site-specific study.
NOTE 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 the ISO 19905 series, 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 19902, Petroleum and natural gas industries — Fixed steel offshore structures
ISO 19903, Petroleum and natural gas industries — 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 terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// 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 that 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
deaggregation
separation of seismic hazard contribution from different faults and seismic source zones
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
that 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 expression "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.
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 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
soil material below the sea 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
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 extreme level earthquake (3.5)
Note 1 to entry: The seismic reserve capacity factor is a structure specific property that is used to determine the
extreme level earthquake acceleration from the abnormal level earthquake (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 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).
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 cap-
c
tured 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 response
v
spectrum
D scaling factor for damping
G initial (small strain) 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 soil
c
q normalized cone penetration resistance of soil
cl
q average normalized cone penetration resistance of sand in the effective seabed
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, T;
ST()
a
obtained from a PSHA
S (T) ALE spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period, T
a,ALE
mean ALE 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
mean ELE spectral acceleration associated with a single degree of freedom oscillator period,
ST()
a,ELE
T; obtained from a PSHA
S (T) 1 000-year rock outcrop spectral acceleration obtained from maps associated with a single
a,map
degree of freedom oscillator period, T
mean spectral acceleration associated with a probability of exceedance, P , and a single
ST() e
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 a
ST
()
f
a,Pf
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 de-
a,site
gree of freedom oscillator period, T
s undrained shear strength of the soil
u
s̅ average undrained shear strength of the soil in the effective seabed
u
T natural period of a simple, single degree of freedom oscillator
T dominant modal period of the structure
dom
T return period
return
v representative shear wave velocity
s
v 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
L1, L2, L3 exposure level derived in accordance with the International Standard applicable to the type
of offshore structure
MOU mobile offshore unit
PGA peak ground acceleration
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 to the ultimate limit state (ULS) for frequent earthquakes
(ELE) and to the abnormal limit state (ALS) for rare earthquakes (ALE).
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 integrity, although structural damage can occur. The seismic ALS
design event is the abnormal level earthquake (ALE). The ALE is an intense earthquake of abnormal
severity with a very low probability of occurring during the structure's design service life. The ALE
can cause considerable damage to the structure; however, the structure shall be designed such that
overall structural integrity is maintained to avoid structural collapse causing loss of life and/or major
environmental damage.
Both ELE and ALE return periods depend on the exposure level and the expected intensity of seismic
events. The target annual failure probabilities given in 6.4 can be modified to meet targets set by
owners in consultation with regulators, or to meet regional requirements where they exist. Regional
requirements for select regions are found in Annex C.
6.2 Seismic design procedures
6.2.1 General
Two procedures for seismic design are provided: a simplified method and a detailed method. The
simplified method may be used where seismic considerations are unlikely to govern the design of a
structure. The detailed method shall be used where seismic considerations have a significant impact on
the design. The selection of the appropriate procedure depends on the exposure level of the structure
and the expected intensity and characteristics of seismic events. The simplified procedure (see
Clause 7) allows the use of generic seismic maps provided in Annex B; while the detailed procedure (see
Clause 8) requires a site-specific seismic hazard study. In all cases, the simplified procedure may be
used to perform appraisal and concept screening for a new offshore development.
When a structural design is asymmetric in geometric configuration or directional capacity, additional
analyses shall be included to demonstrate suitable performance in weaker directions. For time history
analyses, this can require different orientations of the earthquake horizontal records to demonstrate
performance requirements (see Clause 9).
Figure 1 presents a flowchart of the selection process and the steps associated with both procedures.
a
SRC 3 structures may be designed using either the simplified or the detailed seismic action procedure (see
Table 4).
Figure 1 — Seismic design procedures
6.2.2 Extreme level earthquake design
During the ELE event, structural members and foundation components are permitted to sustain
localized and limited non-linear behaviour (e.g. yielding in steel, tensile cracking in concrete). As such,
ELE design procedures are primarily based on linear elastic methods of structural analysis with, for
example, non-linear soil-structure interaction effects being linearized. However, if seismic isolation or
passive energy dissipation devices are employed, non-linear time history procedures shall be used.
For structures subjected to base excitations from seismic events, either of the following methods of
analysis may be used for the ELE design check:
a) the response spectrum analysis method;
b) the time history analysis method.
In both methods, the base excitations shall be composed of three motions, i.e. two orthogonal horizontal
motions and the vertical motion. Damping compatible with the ELE deformation levels should be used in
the ELE design, as guided by the recommendations in the relevant International Standards on offshore
structures prepared by TC 67 (see Introduction) Higher values of damping due to hydrodynamics or soil
deformation (hysteretic and radiation) may be used; however, the damping used shall be substantiated
with special studies. The foundation may be modelled with equivalent elastic springs and, if necessary,
mass and damping elements; off-diagonal and frequency dependence can be significant. The foundation
stiffness and damping values shall be compatible with the ELE level of soil deformations.
In a response spectrum analysis, the methods for combining the responses in the three orthogonal
directions shall consider correlation between the modes of vibration. The complete quadratic
combination (CQC) method can be used to capture the correlation between closely spaced modes.
Sufficient modes should be included in the modal combination to obtain at least 90 % structural mass
participation in each horizontal direction. When responses due to each directional component of an
earthquake are calculated separately, the responses due to the three earthquake directions may be
combined using the square root of the sum of the squares method. Alternatively, the three directional
responses may be combined linearly assuming that one component is at its maximum while the other
two components are at 40 % of their respective maximum values. In this method, the sign of each
response parameter shall be selected such that the response combination is maximized.
If the time history analysis method is used, a minimum of four sets of time history records shall be used
to capture the randomness in seismic motions. The earthquake time history records shall be selected
such that they represent the dominating ELE events. Component code checks are calculated at each
time step and the maximum code utilization during each time history record shall be used to assess
the component performance. Satisfactory performance shall be achieved for either the greater of four
or half the total sets of time history records. Satisfactory performance of a given time history record
constitutes all code utilizations being less than or equal to 1,0.
Equipment on the deck shall be designed to withstand motions that account for the transmission of
ground motions through the structure. The structure can amplify the ground motion such that the deck
accelerations are much higher than the earthquake excitation. The time history analysis method shall
be used for obtaining deck motions (especially relative motions) and deck motion response spectra
(typically absolute acceleration spectra).
The effects of ELE-induced motions on pipelines, conductors, risers and other safety-critical components
shall be considered.
6.2.3 Abnormal level earthquake design
In high seismic areas, it is uneconomic to design a structure such that the ALE event would be resisted
without non-linear behaviour. Therefore, the ALE design check allows non-linear methods of analysis,
e.g. structural elements are allowed to behave plastically, foundation piles are allowed to reach axial
capacity or develop plastic behaviour, and skirt foundations are allowed to slide. In effect, the design
depends on a combination of static reserve strength, ductility, and energy dissipation to resist the ALE
actions.
Structural and foundation models used in an ALE analysis shall include possible stiffness and
strength degradation of components under cyclic action reversals. The ALE analysis shall be based
on representative values of modelling parameters such as material strength, soil strength and soil
stiffness. This can require reconsideration of the conservatism that is typically present in the ELE
design procedure.
For structures subjected to base excitations from seismic events, either of the following methods of
may be used for the ALE design check:
a) the static pushover or extreme displacement method;
b) the non-linear time history analysis method.
The two methods can complement each other in most cases. The requirements in 6.2.2 for the
composition of base excitations from three orthogonal components of motion and for damping also
apply to the ALE design procedure.
The static pushover analysis method may be used to determine possible and controlling global
mechanisms of failure, or the global displacement of the structure (i.e. beyond the ELE). The latter may
be achieved by performing a displacement-controlled structural analysis.
The non-linear time history analysis method is the most accurate and is recommended for ALE analysis.
A minimum of four time history analyses shall be used to capture the randomness in a seismic event.
The earthquake time history records shall be selected such that they represent the dominating ALE
events. If seven or more time history records are used, global structure survival shall be demonstrated
in half or more of the time history analyses (see 9.2). If fewer than seven time history records are used,
global survival shall be demonstrated in at least four time history analyses.
Extreme displacement methods may be used to assess survival of compliant or soft-link systems,
e.g. tethers on a tension leg platform (TLP), or portal action of TLP foundations subjected to lateral
actions. In these methods, the system is evaluated at the maximum ALE displacement, including the
associated action effects for the structure. The hull structure of the TLP is designed elastically for the
corresponding actions. The effect of large structural displacements on pipelines, conductors, risers and
other safety-critical components shall be considered separately.
6.3 Spectral acceleration data
Generic seismic maps of spectral accelerations for the offshore areas of the world are presented
in Annex B. These maps should be used in conjunction with the simplified seismic action procedure
(see Clause 7) and to determine the seismic risk category (see 6.4). For each area, two maps are
presented in Annex B:
— 0,2 s period;
— 1,0 s period.
The acceleration values are expressed in g and correspond to 5 % damped spectral accelerations on
rock outcrop, defined as site class A/B in Table 5. These accelerations have an average return period of
1 000 years and are designated as S (0,2) or S (1,0).
a,map a,map
Results from a site-specific seismic hazard assessment may be used in lieu of the maps in a simplified
seismic action procedure.
6.4 Seismic risk category
The complexity of a seismic action evaluation and the associated design procedure depends on the
structure's seismic risk category, SRC, as determined below. Acceleration levels taken from Annex B
define the seismic zones, which are then used to determine the appropriate seismic design procedure.
The selection of the procedure depends on the structure's exposure level as well as the severity of
ground motion. The following steps shall be followed to determine the SRC.
a) To determine the site seismic zone (see the worldwide seismic maps in Annex B): Read the value for
the 1,0 s horizontal spectral acceleration, S (1,0); using this value, determine the site seismic
a,map
zone from Table 1.
Table 1 — Site seismic zone
S (1,0) <0,03 g 0,03 g to 0,10 g 0,11 g to 0,25 g 0,26 g to 0,45 g >0,45 g
a,map
Seismic zone 0 1 2 3 4
b) To determine the structure's exposure level [see the relevant International Standards on offshore
structures prepared by TC 67 (see Introduction)]. The target annual probabilities of failure
associated with each exposure level are given in Table 2; these are required in the detailed
procedure to determine seismic actions. Other target probabilities may be used in the detailed
seismic action procedure if recommended or approved by local regulatory authorities. The
simplified seismic action procedure has been calibrated to the target probabilities given in Table 2.
Since it is not possible to evacuate prior to an earthquake, the manned-evacuated L2 condition
is not allowed. All manned offshore structures shall be categorized as L1 for seismic actions. For
unmanned medium consequence offshore structures, exposure level, L2, should be used only when
the offshore structure is manned at the minimum amount of time possible. Offshore structures that
are manned on an interim basis, for example, daylight hours only, should be considered manned.
Table 2 — Target annual probability of failure, P
f
Exposure level P
f
−4
L1 4 × 10 = 1/2 500
−3
L2 1 × 10 = 1/1 000
−3
L3 2,5 × 10 = 1/400
c) To determine the structure's seismic risk category, SRC, based on the exposure level and the site
seismic zone; the SRC is determined from Table 3.
Table 3 — Seismic risk category (SRC)
Exposure level
Site seismic zone
L1 L2 L3
0 SRC 1 SRC 1 SRC 1
1 SRC 3 SRC 2 SRC 2
2 SRC 4 SRC 2 SRC 2
3 SRC 4 SRC 3 SRC 2
4 SRC 4 SRC 4 SRC 3
If the design lateral seismic action is smaller than 5 % of the total vertical action comprising the
sum of permanent actions plus variable actions minus buoyancy actions, SRC 4 and SRC 3 structures
may be recategorized as SRC 2.
6.5 Seismic design requirements
Table 4 gives the seismic design requirements for each SRC. Figure 1 presents an overview of the seismic
design process and expands the steps associated with the development of seismic ALE and ELE spectra
for the simplified and detailed procedures.
In seismically active areas, the designer shall strive to produce a robust and ductile structure, capable
of withstanding extreme displacements in excess of normal design values. Where available for a given
structure type, the primary structure configuration and joint detailing should follow the requirements
and recommendations for ductile design for all SRC except SRC 1 (good practice, but not required
for SRC 1). See the relevant International Standards on offshore structures prepared by TC 67 (see
Introduction).
For floating structures, only the ALE should be considered.
Table 4 — Seismic design requirements
SRC Seismic action procedure Evaluation of seismic Non-linear ALE analysis
activity
1 None None None
2 Simplified ISO maps or regional maps Permitted
Simplified Site-specific, ISO maps or regional Recommended
a
maps
Detailed Site-specific Recommended
4 Detailed Site-specific Required
a
For an SRC 3 structure, a simplified seismic action procedure is, in most cases, more conservative than a detailed
seismic action procedure. For evaluation of seismic activity, results from a site-specific probabilistic seismic hazard
analysis (PSHA) (see 8.2), are preferred and should be used, if possible. Otherwise, regional or ISO seismic maps may be
used. A detailed seismic action procedure requires results from a PSHA, whereas a simplified seismic action procedure may
be used in conjunction with either PSHA results or seismic maps (regional or ISO maps).
6.6 Site investigation
Soil data used in seismic analyses shall be acquired in accordance with ISO 19901-8.
7 Simplified seismic action procedure
7.1 Soil classification and spectral shape
Having obtained the rock outcrop spectral accelerations at oscillator periods of 0,2 s and 1,0 s,
S (0,2) and S (1,0) (see Annex B), the site response spectrum corresponding to a return period
a,map a,map
of 1 000 years shall be determined as follows.
a) Determine the site class as follows.
The site class depends on the seabed soils on which a structure is founded and is a function of the
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19901-2
Troisième édition
2022-06
Industries du pétrole et du gaz
naturel — Exigences spécifiques
relatives aux structures en mer —
Partie 2:
Procédures de conception sismique et
critères
Petroleum and natural gas industries — Specific requirements for
offshore structures —
Part 2: Seismic design procedures and criteria
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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Tél.: +41 22 749 01 11
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et termes abrégés .5
4.1 Symboles . 5
4.2 Termes abrégés . 6
5 Aléas associés aux séismes .7
6 Principes et méthodologie de conception parasismique . 7
6.1 Principes de conception . 7
6.2 Procédures de conception parasismique . 8
6.2.1 Généralités . 8
6.2.2 Conception parasismique de niveau extrême . 10
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 . 21
8.4 Procédure d'action sismique . 21
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 et recommandations supplémentaires .27
Annexe B (informative) Accélérations spectrales de la procédure d'action simplifiée .37
Annexe C (informative) Informations régionales .50
Bibliographie .56
iii
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 www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré 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,
en collaboration avec le comité technique CEN/TC 12, Matériel, équipement et structures en mer pour les
industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel, du Comité européen de normalisation (CEN)
conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 19901-2:2017), qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— les cartes d'aléas sismiques ont été mises à jour;
— l'Article 3 a été mis à jour.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 19901 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Les Normes internationales pour les structures en mer élaborées par le TC 67 (c'est-à-dire l'ISO 19900,
l'ISO 19902, l'ISO 19903, l'ISO 19904 et l'ISO 19906) traitent des exigences de conception et des
évaluations de toutes les structures en mer utilisées par les industries du pétrole et du gaz naturel dans
le monde. 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.
L'intégrité structurelle est un concept global comprenant des modèles destinés à décrire des actions,
des analyses structurelles, des règles de conception ou d'évaluation, des éléments de sécurité,
l'exécution des réalisations, des procédures de contrôle de la qualité, et des exigences nationales,
ces divers éléments étant interdépendants. La modification isolée d'un aspect de la conception ou de
l'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.
Les Normes internationales pour les structures en mer élaborées par le TC 67 sont élaborées pour
permettre un choix étendu de configurations structurelles, de matériaux et de techniques sans
entraver l'innovation. Une solide capacité de jugement en matière 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 envisagée 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 internationale ISO 19900 et
dans les Normes internationales 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 la série ISO 19905.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 19901-2:2022(F)
Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences
spécifiques relatives aux structures en mer —
Partie 2:
Procédures de conception sismique et critères
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 recommandations 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 des 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 le plus bas qui soit raisonnablement réalisable. Ce résultat est obtenu 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 matière de résistance et de rigidité avant d'être vérifiée par rapport
à des événements environnementaux anormaux ou à l'état limite anormal (ALS), afin de garantir
qu'elle satisfait aux exigences de réserve de résistance 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, les procédures de l'étude PSHA ne sont
pas expliquées de manière approfondie.
Lorsqu'une approche de conception simplifiée est admise, des cartes des eaux mondiales, incluses dans
l'Annexe B, indiquent l'intensité des secousses du sol pour une période de retour de 1 000 ans. Dans de
tels cas, ces cartes peuvent être utilisées avec les facteurs d'échelle correspondants pour déterminer
les actions sismiques appropriées pour la conception d'une structure, sauf si des informations plus
détaillées sont fournies par un code local ou une étude spécifique au site.
NOTE Pour la conception des structures en mer fixes en acier, d'autres exigences spécifiques et des valeurs
recommandées des paramètres de conception (par exemple: coefficients d'action et de résistance partiels)
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, la série
ISO 19905 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 sont cités dans le texte de sorte qu’ils 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 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 relatives aux 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 les définitions de 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:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
séisme de niveau anormal
ALE [abnormal level earthquake]
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
désagrégation
séparation de la contribution aux aléas sismiques à partir de différentes zones de failles et de sources
sismiques
3.4
voies et systèmes 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 [extreme level earthquake]
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
3.7
mouvement sismique du sol
accélérations, vitesses ou déplacements du sol générés par les ondes sismiques se propageant depuis
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 sont significatifs. L'expression «mouvements
sismiques du sol» est préférée 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 [probabilistic seismic hazard analysis]
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.
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 matière 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 le plus possible les
situations dangereuses
EXEMPLE Dispositifs de détection de gaz, d'arrêt d'urgence, de protection contre les incendies et leurs
systèmes de commande.
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 du sol situés sous la mer dans lesquels reposent les fondations de la structure
3.18
catégorie de risque sismique
SRC [seismic risk category]
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 du sol induits par des
séismes au-delà du niveau sismique extrême
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 sismique extrême à partir de l'accélération sismique anormale.
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 sismiques du sol (3.7)
3.23
vitesse spectrale
réponse maximale de la pseudo-vitesse d'un oscillateur à un seul degré de liberté soumis à des
mouvements sismiques du sol (3.7)
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 réponses spectrales factorisées.
3.24
déplacement spectral
réponse maximale du déplacement relatif d'un oscillateur à un seul degré de liberté soumis à des
mouvements sismiques du sol (3.7)
3.25
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 termes abrégés
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
D facteur d'échelle pour l'amortissement
G module de cisaillement initial (faible déformation) 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 sur une période de
ALE
retour de 1 000 ans 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 sol
c
q résistance normalisée à la pénétration au cône du sol
cl
q résistance normalisée moyenne à la pénétration au cône du sable dans le sous-sol marin
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
a,ALE
liberté, T
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
a,ELE
liberté, T
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
accélération spectrale moyenne associée à une probabilité de dépassement, P , et à une
ST() e
a,Pe
période d'oscillateur à un seul degré de liberté, T, obtenue à partir d'une étude PSHA
accélération spectrale moyenne associée à un objectif de probabilité annuelle de défail-
ST
()
a,Pf
lance, 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
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
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
v vitesse représentative de la propagation de l'onde de cisaillement
s
v 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
4.2 Termes abrégés
L1, L2, L3 niveau d'exposition déterminé conformément à la Norme internationale applicable à ce
type de structure en mer
MOU unité mobile en mer
PGA accélération maximale du sol
TLP plate-forme à ancrage tendu
ULS état limite ultime
5 Aléas associés aux séismes
Les actions des séismes et leurs effets doivent être évalués pour la conception structurelle des
structures en mer situées dans des zones présentant une activité sismique. L'activité sismique d'une
zone est évaluée en s'appuyant sur son historique, aussi bien en matière de fréquence d'occurrence que
de magnitude. L'Annexe B comprend des cartes indiquant les accélérations sismiques; toutefois, dans de
nombreux cas, en fonction des accélérations indiquées et des niveaux d'exposition, la sismicité doit être
déterminée en s'appuyant sur des analyses approfondies de l'aléa sismique (voir Article 8).
L'évaluation des événements sismiques dans les régions sismiquement actives doit comprendre l'analyse
des caractéristiques des mouvements sismiques du sol et du niveau de risque sismique acceptable pour
les structures. Les structures situées dans des régions sismiquement actives doivent être conçues de
manière à résister aux mouvements du sol induits par des séismes. Cependant, d'autres aléas sismiques
doivent également être pris en compte dans la conception et, lorsque cela est justifié, il convient de les
aborder par des études spécifiques (par exemple: charge due aux coulées de boue, déformation du sous-
sol marin). Un événement sismique peut être à l'origine des aléas suivants:
— liquéfaction du sol;
— glissement du sous-sol marin;
— mouvement de faille;
— tsunamis;
— volcans de boue;
— ondes de choc.
Les effets des événements sismiques sur les équipements immergés, les conduites et les lignes de
production doivent être abordés par des études spécifiques (par exemple: excitation simultanée du
sous-sol marin et de la structure, mouvements variables dans l'espace).
6 Principes et méthodologie de conception parasismique
6.1 Principes de conception
Le présent article traite de la conception de structures selon l'état limite ultime (ULS) pour des séismes
fréquents (ELE) et selon l'état limite anormal (ALS) pour des séismes rares (ALE).
Les exigences ULS visent à obtenir une structure correctement dimensionnée en matière de résistance
et de rigidité, afin de garantir qu'aucun endommagement structurel grave ne se produise pour un niveau
de mouvement sismique du sol dont la probabilité de dépassement pendant la durée de vie en service de
la structure est suffisamment faible. L'événement sismique dimensionnant l'ULS est le séisme de niveau
extrême (ELE). La structure doit être conçue de sorte qu'un événement ELE ne cause pas ou peu de
dommages. Il est recommandé d'inspecter la structure après la survenance d'un ELE.
Les exigences ALS ont pour objectif de garantir que la structure et ses fondations ont une réserve de
résistance et une capacité de dissipation d'énergie et/ou de déplacement suffisantes pour supporter les
fortes inversions de déplacements inélastiques sans perte complète d'intégrité, bien que des dommages
structurels puissent se produire. L'événement sismique dimensionnant l'ALS est le séisme de niveau
anormal (ALE). L'ALE est un séisme intense de sévérité anormale avec une très faible probabilité
d'occurrence au cours de la durée de vie de la structure. L'ALE peut causer des dommages considérables
à la structure; cependant, la structure doit être conçue de sorte que son intégrité globale soit maintenue
afin d'éviter un effondrement structurel qui provoquerait des décès et/ou des dégâts environnementaux
majeurs.
Les périodes de retour de l'ELE et l'ALE dépendent du niveau d'exposition et de l'intensité prévue
des événements sismiques. Les objectifs de probabilités annuelles de défaillance indiquées en 6.4
peuvent être modifiés pour satisfaire aux objectifs fixés par les propriétaires en collaboration avec
les organismes de régulation ou pour satisfaire aux exigences régionales, dans la mesure où celles-ci
existent. Les exigences régionales de certaines régions sont indiquées à l'Annexe C.
6.2 Procédures de conception parasismique
6.2.1 Généralités
Deux procédures sont proposées pour la conception parasismique: une méthode simplifiée et
une méthode détaillée. La méthode simplifiée peut être utilisée lorsqu'il est peu probable que les
considérations sismiques régissent la conception d'une structure. La méthode détaillée doit être
utilisée lorsque les considérations sismiques ont un impact significatif sur la conception. Le choix
de la procédure la mieux adaptée dépend du niveau d'exposition de la structure, de l'intensité et des
caractéristiques prévues des événements sismiques. La procédure simplifiée (voir Article 7) permet
l'utilisation des cartes sismiques génériques fournies dans l'Annexe B, tandis que la procédure détaillée
(voir Article 8) exige une étude de l'aléa sismique spécifique au site. Dans tous les cas, la procédure
simplifiée peut être utilisée pour réaliser des expertises préliminaires et des sélections de concepts
pour le développement de nouvelles structures en mer.
Lorsque la configuration géométrique ou la capacité directionnelle d'une structure est asymétrique,
des analyses complémentaires doivent être réalisées afin de démontrer que les performances sont
également satisfaisantes dans les directions plus faibles. Pour les analyses avec accélérogrammes, la
démonstration des exigences de performance peut nécessiter des enregistrements horizontaux de
séismes selon différentes orientations (voir Article 9).
La Figure 1 représente un organigramme du processus de sélection et des étapes associées à chacune
des deux procédures.
a
Il est admis de concevoir des structures SRC 3 à l'aide d'une procédure d'action sismique soit sim-
plifiée, soit détaillée (voir Tableau 4).
Figure 1 — Procédures de conception parasismique
6.2.2 Conception parasismique de niveau extrême
Pendant un événement ELE, il est admis que des éléments de la structure et des fondations tolèrent un
comportement non linéaire limité et localisé (par exemple: une déformation plastique de l'acier ou une
fissuration en traction du béton). À cet effet, les procédures de conception ELE reposent principalement
sur des méthodes élastiques linéaires d'analyse structurelle utilisant, par exemple, la linéarisation
des effets non linéaires de l'interaction sol-structure. Cependant, en cas de recours à des dispositifs
d'isolation sismique ou des dispositifs passifs de dissipation d'énergie, des procédures basées sur
l'utilisation d'accélérogrammes non linéaires doivent être utilisées.
Pour les structures soumises à des excitations par la base induites par des événements sismiques, l'une
ou l'autre des méthodes d'analyse suivantes peut être utilisée pour le contrôle de conception ELE:
a) la méthode d'analyse de la réponse spectrale;
b) la méthode d'analyse avec accélérogrammes.
Dans ces deux méthodes, les excitations par la base doivent être composées de trois mouvements, soit
deux mouvements horizontaux orthogonaux et le mouvement vertical. Il convient que la conception ELE
utilise un amortissement compatible avec les niveaux de déformation ELE, comme recommandé dans
les Normes internationales applicables aux structures en mer élaborées par le TC 67 (voir Introduction).
Des valeurs d'amortissement plus élevées induites par l'hydrodynamique ou la déformation du sol
(hystérétique ou de radiation) peuvent être utilisées, mais l'amortissement utilisé doit alors être
justifié par des études spécifiques. Les fondations peuvent être modélisées avec des ressorts élastiques
équivalents et, le cas échéant, avec des éléments de masse et d'amortissement; la dépendance
fréquentielle et hors diagonale peut jouer un rôle important. La rigidité des fondations et les valeurs
d'amortissement doivent être compatibles avec le niveau ELE de déformation du sol.
Dans une analyse de la réponse spectrale, les méthodes de combinaison des réponses dans les trois
directions orthogonales doivent prendre en compte la corrélation entre les modes de vibration.
La méthode de combinaison quadratique complète (CQC) peut être utilisée pour tenir compte de
la corrélation entre des modes très proches. Il convient d'inclure suffisamment de modes dans la
combinaison modale pour obtenir une participation à la masse de la structure d'au moins 90 % dans
chaque direction horizontale. Lorsque les réponses issues de chaque composante directionnelle d'un
séisme sont calculées séparément, les réponses induites par les trois directions sismiques peuvent
être combinées à l'aide de la méthode de la racine carrée de la somme des carrés. En alternative, les
trois réponses directionnelles peuvent être combinées de manière linéaire, en supposant que l'une des
composantes est à son maximum, tandis que les deux autres sont à 40 % de leurs valeurs maximales
respectives. Dans cette méthode, le signe de chaque paramètre de réponse doit être sélectionné de
sorte que la combinaison des réponses soit maximisée.
En cas de recours à la méthode d'analyse avec accélérogrammes, au moins quatre jeux d'accélérogrammes
doivent être utilisés pour tenir compte du caractère aléatoire des mouvements sismiques. Les
accélérogrammes des séismes doivent être sélectionnés de manière à représenter les événements ELE
dominants. Des vérifications de contraintes (« code check ») sur les barres sont calculées à chaque pas
de temps de l'analyse et la valeur maximale de contrainte obtenue au cours de chaque accélérogramme
doit être utilisée pour évaluer la performance des barres. Des performances satisfaisantes doivent être
obtenues soit pour le plus grand des quatre jeux, soit pour la moitié de l'ensemble des accélérogrammes.
La performance d'un accélérogramme donné est considérée comme satisfaisante lorsque toutes les
utilisations de code sont inférieures ou égales à 1,0.
Les équipements de pont doivent être conçus de manière à résister aux mouvements liés à la
transmission des mouvements sismiques du sol dans la structure. La structure peut amplifier les
mouvements sismiques du sol à un point tel que les accélérations au niveau du pont sont beaucoup plus
élevées que l'excitation sismique elle-même. La méthode d'analyse avec accélérogrammes doit être
utilisée pour obtenir les mouvements au niveau du pont (notamment les mouvements relatifs) et les
réponses spectrales du pont (généralement les spectres d'accélération absolue).
Les effets des mouvements induits par les ELE sur les conduites, les tubes conducteurs, les tubes
prolongateurs et autres éléments critiques pour la sécurité doivent être pris en compte.
6.2.3 Conception parasismique de niveau anormal
Dans les zones à forte activité sismique, il n'est pas rentable de concevoir une structure capable de
résister à un événement ALE sans comportement non linéaire. Le contrôle de conception ALE permet
donc l'utilisation de méthodes d'analyse non linéaires; il est par exemple admis que des éléments de
structure aient un comportement plastique, que les pieux des fondations puissent atteindre leur
capacité axiale ou développer un comportement plastique et que les fondations à jupe puissent glisser.
La résistance aux actions ALE dépend en effet d'une certaine combinaison de la réserve de résistance
statique, de la ductilité et de la dissipation d'énergie.
Les modèles de structure et de fondations utilisés pour une analyse ALE doivent tenir compte de la
possible dégradation de la résistance et de la rigidité des éléments lors des inversions d'actions cycliques.
L'analyse ALE doit s'appuyer sur des valeurs représentatives des paramètres de modélisation, tels que
la raideur du sol et la résistance des matériaux et du sol. Cela peut exiger le réexamen du conservatisme
généralement présent dans la procédure de conception ELE.
Pour les structures soumises à des excitations par la base induites par des événements sismiques, l'une
ou l'autre des méthodes suivantes peut être utilisée pour le contrôle de conception ALE:
a) la méthode statique en poussée progressive ou de déplacement extrême;
b) la méthode d'analyse non linéaire avec accélérogrammes.
Dans la plupart des cas, ces deux méthodes peuvent être complémentaires. Les exigences spécifiées
en 6.2.2 relatives à la composition et à l'amortissement des excitations par la base induites par les trois
composantes orthogonales de mouvement s'appliquent également à la procédure de conception ALE.
La méthode d'analyse statique en poussée progressive peut être utilisée pour déterminer les
mécanismes possibles et déterminants de rupture globale ou le déplacement global de la structure (par
exemple, suite à un événement supérieur à l'ELE). Ce dernier peut être déterminé en effectuant une
analyse structurelle en déplacement contrôlée.
La méthode d'analyse non linéaire avec accélérogrammes est la plus précise; elle est recommandée
pour l'analyse ALE. Au moins quatre accélérogrammes doivent être utilisés pour tenir compte
du caractère aléatoire d'un événement sismique. Les accélérogrammes des séismes doivent être
sélectionnés de manière à représenter les événements ALE dominants. En cas d'utilisation d'au moins
sept accélérogrammes, la survie globale de la structure doit être démontrée dans au moins la moitié des
analyses (voir 9.2). En cas d'utilisation de moins de sept accélérogrammes, la survie globale doit être
démontrée dans au moins quatre analyses.
Il est admis d'avoir recours à des méthodes en déplacement extrême pour évaluer la survie des systèmes
flexibles ou à liaison souple, par exemple les attaches sur une plate-forme à ancrage tendu (TLP) ou
l'action de portique des fondations de TLP soumises à des actions latérales. Dans ces méthodes, le
système est évalué selon le déplacement ALE maximal, y compris les effets des actions associés à la
structure. La structure de la coque de la TLP est conçue pour présenter des performances d'élasticité
aux actions correspondantes. Les effets de déplacements structurels importants sur les conduites, les
tubes conducteurs, les tubes prolongateurs et autres éléments critiques pour la sécurité doivent être
pris en compte séparément.
6.3 Données d'accélération spectrale
Des cartes sismiques génériques d'accélérations spectrales couvrant les zones marines internationales
...
Questions, Comments and Discussion
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