ISO 19901-4:2025
(Main)Oil and gas industries including lower carbon energy — Specific requirements for offshore structures — Part 4: Geotechnical design considerations
Oil and gas industries including lower carbon energy — Specific requirements for offshore structures — Part 4: Geotechnical design considerations
This document contains provisions for geotechnical engineering design that are applicable to a broad range of offshore structures, rather than to a particular structure type. This document outlines methods developed for the design of shallow foundations with an embedded length (L) to diameter (D) ratio L/D L/D ≤ 10 (see Clause 7), and long and flexible pile foundations with L/D > 10 (see Clauses 8 and 9). This document also provides guidance on soil-structure interaction aspects for flowlines, risers and conductors (see Clause 10) and anchors for floating facilities (see Clause 11). This document contains brief guidance on site and soil characterization, and identification of hazards (see Clause 6). This document can be applied for foundation design for offshore structures used in the lower carbon energy industry.
Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible teneur en carbone — Exigences spécifiques relatives aux structures en mer — Partie 4: Bases conceptuelles géotechniques
Le présent document contient les dispositions relatives à la conception géotechnique qui s'appliquent à une vaste gamme de structures en mer, plutôt qu'à un type particulier de structure. Le présent document décrit les méthodes développées principalement pour la conception des fondations superficielles avec un rapport entre longueur enfouie (L) et diamètre (D) L/D L/D ≤ 10 (voir l'Article 7) et des fondations par pieux longs et flexibles avec L/D > 10 (voir les Articles 8 et 9). Le présent document fournit également des recommandations sur les aspects relatifs à l'interaction sol-structure pour les conduits d'écoulement, les risers et les conducteurs (voir l'Article 10), ainsi que pour les ancrages des structures flottantes (voir l'Article 11). Le présent document contient de brèves recommandations sur la caractérisation du site et des sols, ainsi que sur l'identification des dangers (voir l'Article 6). Le présent document peut être appliqué à la conception de fondations pour les structures en mer utilisées dans l'industrie des énergies à faible teneur en carbone.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 19901-4
Third edition
Oil and gas industries including
2025-02
lower carbon energy — Specific
requirements for offshore
structures —
Part 4:
Geotechnical design considerations
Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible
teneur en carbone — Exigences spécifiques relatives aux
structures en mer —
Partie 4: Bases conceptuelles géotechniques
Reference number
© ISO 2025
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .vi
Introduction .vii
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Symbols and abbreviated terms. 4
4.1 Symbols for shallow and intermediate foundation design.4
4.2 Symbols for pile foundation design .6
4.3 Symbols for soil-structure interaction for auxiliary subsea structures, risers and
flowlines .9
4.4 Symbols for design of anchors for stationkeeping systems .10
4.5 Abbreviated terms . 12
5 General requirements .13
5.1 General . 13
5.2 Design cases and partial factors . 13
5.3 Representative and design values of geotechnical parameters .14
5.3.1 Guidelines .14
5.3.2 Determination of representative and design values of soil parameters .14
5.4 Reliability-based geotechnical design .16
5.5 Testing and instrumentation .16
6 Site investigation, identification of geohazards and carbonate soils . 17
6.1 General .17
6.2 Geological modelling and identification of hazards .17
6.2.1 General .17
6.2.2 Assessment of site geohazards .18
6.3 Carbonate soils .18
6.3.1 General .18
6.3.2 Characteristic features and properties of carbonate soils .18
6.3.3 Foundations in carbonate soils .18
7 Design of shallow and intermediate foundations for fixed structures . 19
7.1 General .19
7.2 Principles . 20
7.2.1 General principles . 20
7.2.2 Foundation embedment . 20
7.2.3 Sign conventions, nomenclature and action reference point .21
7.3 Acceptance criteria .21
7.3.1 Material and action factors .21
7.3.2 Use of partial factors in design . 22
7.4 Design considerations . 23
7.4.1 Adjusting for soil plug weight . 23
7.4.2 Skirt spacing. 23
7.4.3 Foundation base perforations .24
7.4.4 Skirtless foundations penetrating soft soils .24
7.4.5 Tensile stresses beneath foundations .24
7.4.6 Omni-directional actions .24
7.4.7 Interaction with other structures .24
7.4.8 Multiple foundations .24
7.4.9 Hydraulic stability . 25
7.4.10 Unconventional soils or soil profiles . 25
7.4.11 Selection of soil parameter values for design . 25
7.5 Ultimate limit state (stability) . 26
7.5.1 Assessment of bearing capacity of shallow foundations . 26
iii
7.5.2 Assessment of sliding capacity of shallow foundations . 29
7.5.3 Assessment of capacity of intermediate foundations .31
7.6 Serviceability limit state (displacements and rotations) .32
7.6.1 General .32
7.6.2 Serviceability of shallow foundations under static loading .32
7.6.3 Serviceability of intermediate foundations. 34
7.6.4 Serviceability in response to dynamic and cyclic actions . 34
7.7 Alternative methods of design . 34
7.7.1 Yield surface approach . 34
7.7.2 Risk-informed decision making . 35
7.8 Installation . 35
7.8.1 General . 35
7.8.2 Skirt penetration resistance . 35
7.8.3 Required and allowable under-pressure . 36
7.9 Relocation, retrieval and removal .37
8 Pile foundation design .37
8.1 Pile capacity for axial compression.37
8.1.1 General .37
8.1.2 Axial pile capacity . 38
8.1.3 Skin friction and end bearing in clay soils . 39
8.1.4 Skin friction and end bearing in sands .41
8.1.5 Skin friction and end bearing in gravels .42
8.1.6 Skin friction and end bearing of grouted piles in rock .43
8.1.7 Skin friction and end bearing of driven piles in intermediate soils .43
8.2 Pile capacity for axial tension .43
8.3 Axial pile performance .43
8.3.1 Static axial behaviour of piles .43
8.3.2 Cyclic axial behaviour of piles . 44
8.4 Soil reaction for piles under axial actions . 44
8.4.1 Axial shear transfer t–z curves. 44
8.4.2 End bearing resistance–displacement, Q–z curve .45
8.5 Soil reaction for piles under lateral actions . 46
8.5.1 General . 46
8.5.2 Lateral soil reaction for clay .47
8.5.3 Lateral capacity for sand . 54
8.5.4 Lateral soil resistance – displacement p–y curves for sand . 55
8.5.5 p–y curves for fatigue actions for sands . 56
8.5.6 Refined assessment of lateral pile response .57
8.5.7 Lateral soil resistance-displacement curves in calcareous soil, cemented soil
and weak rock .57
8.6 Pile group behaviour .57
8.6.1 General .57
8.6.2 Axial behaviour .57
8.6.3 Lateral behaviour .57
8.7 Pile installation assessment . 58
8.7.1 General . 58
8.7.2 Drivability studies . 58
8.7.3 Obtaining required pile penetration .59
8.7.4 Driven pile refusal . .59
8.7.5 Pile refusal remedial measures .59
8.7.6 Selection of pile hammer and stresses during driving . 60
8.7.7 Use of hydraulic hammers .61
8.7.8 Drilled and grouted piles .62
8.7.9 Grouting pile-to-sleeve connections .62
8.7.10 Pile installation data .62
8.7.11 Installation of conductors and shallow well drilling . 63
9 Assessment of pile capacity for existing structures .63
9.1 General . 63
iv
9.2 Geotechnical and foundation data . 64
9.2.1 Geotechnical data . 64
9.2.2 Design data . 64
9.2.3 Installation data . 64
9.2.4 Condition data . 64
9.2.5 Operational data . 65
9.3 Evaluation . 65
9.4 Assessment . 65
9.4.1 General . 65
9.4.2 Pushover response of pile foundation systems . 65
9.5 Time-dependent effects on pile foundations . 66
10 Geotechnical design input to subsea structures, risers and flowlines . 67
10.1 General .67
10.2 Geotechnical investigation .67
10.3 Foundations for subsea production structures .67
10.4 Steel catenary risers .67
10.4.1 General .67
10.4.2 Seabed characterisation . 68
10.4.3 Design for ultimate limit state . 68
10.4.4 Design for fatigue limit state . 68
10.5 Geotechnical design for jetted conductors and top tension risers .70
10.5.1 General .70
10.5.2 Jetted conductors .71
10.5.3 Soil-structure interaction for well integrity assessment . 73
10.5.4 Geotechnical input to well strength assessment . 73
10.5.5 Geotechnical input to well fatigue assessment .74
10.5.6 Geotechnical considerations in conductor driving analysis . 78
10.6 Foundation design for riser towers . 78
10.6.1 General . 78
10.6.2 Foundation options . 78
10.6.3 Loading actions and safety factors . 79
10.6.4 Design challenges . 79
10.7 Offshore pipelines and flowlines . 79
10.7.1 Geotechnical pipe-soil interaction (PSI) analysis . 79
10.7.2 Submarine slides and density flows: simulation and pipeline impact analysis . 80
11 Design of anchors for floating structures .81
Annex A (informative) Additional information and guidance .82
Bibliography .207
v
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 document 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).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
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, Oil and gas industries including lower
carbon energy, Subcommittee SC 7, Offshore structures, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 12, Oil and gas industries including lower carbon energy,
in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 19901-4:2016), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— guidance extended on representative and design values for soil parameters (Clause 5);
— guidance added for geotechnical design of intermediate foundations for fixed structures and clause
renamed to ‘Design of shallow and intermediate foundations’ (Clause 7);
— requirements added on installation resistance, yield envelope approaches for ultimate limit state, and
performance- based design for shallow skirted and intermediate foundations (Clause 7);
— new unified CPT method for axial capacity in sands to replace the former main text method, new TZ
curve definition in sands, new unified CPT method for clays introduced into the Clause A.8, new PY curve
methodology for clays to replace the existing method (Clause 8);
— new requirements added on reassessment of pile capacity for existing structures (Clause 9);
— a new clause for pipelines, conductors and risers (Clause 10);
— references have been reviewed, updated and reduced where possible.
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.
vi
Introduction
The International Standards on offshore structures prepared by TC 67 (i.e. ISO 19900, the ISO 19901 series,
ISO 19902, ISO 19903, ISO 19904-1, the ISO 19905 series, ISO 19906) constitute a common basis covering
those aspects that address design requirements and assessments of all offshore structures used by the
oil and gas industries worldwide. Through their application, the intention is to achieve reliability levels
appropriate for offshore structures, whatever the type of structure and the nature of the materials used.
Application specific requirements for different energy industries are given in the relevant standards. For
example, for the offshore wind industry, IEC 61400-1 and IEC 61400-3-1 outline the design requirements
(e.g. return periods) for offshore wind turbine support structures.
This document may be applied for the design of foundations used in the offshore wind industry. In this case,
it should be verified that the type and dimension of the foundation, as well as the type of actions acting
upon it, are consistent with those used in the development of the design methods. For example, the pile
design methods of Clauses 8 are not necessarily applicable to the design of monopiles for which L/D is less
than 10 and their validity for such cases should be assessed. Offshore wind structures can also have other
requirements, such as a characterisation of foundation stiffness, that are beyond the scope of this document.
Reference should be made to the overarching application specific codes and standards such as IEC 61400-3-1.
It is important to recognize that structural integrity is an overall concept comprising models for describing
actions, structural analyses, design rules, safety elements, quality of work, 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, should be considered in relation to the overall reliability of
all offshore structural systems.
For geotechnical design (engineering science dealing with the properties of soil: sand, silt, clay and rock),
some additional considerations apply. These include the time, frequency and rate at which actions are
applied, the method of 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, should to be considered in relation to the overall reliability of the structure.
The International Standards on offshore structures prepared by TC 67 are intended to provide wide
latitude in the choice of structural configurations, materials and techniques without hindering innovation.
Geotechnical design practice for offshore structures has proved to be an innovative and evolving process
over the years. This evolution is expected to continue and is encouraged. Therefore, circumstances can arise
when the procedures described in this document or the International Standards on offshore structures
prepared by TC 67 (or elsewhere) are insufficient on their own to ensure that a safe and economical design
is achieved.
Seabed soils vary. Experience gained at one location is not necessarily applicable at another. Extra caution
is necessary when dealing with unconventional soils or unfamiliar foundation concepts. Sound engineering
judgment is therefore necessary in the use of this document.
Some background to and guidance on the use of this document is provided in Annex A.
ISO 19905 provides requirements and detailed guidance on foundations for mobile offshore units.
Figure 1 set outs a typical workflow for design of offshore foundations with reference to other relevant
International Standards.
vii
NOTE Specific design and installation constraints can apply for structures in arctic regions (see ISO 19906), for
mobile offshore units, especially for jack-ups (see ISO 19905) and for anchors for floating units (see ISO 19901-7 Design
can be an iterative process from concept (initial feasibility and applicability study), basic to final design. Different
level of details and objectives are required in the various design stages.
Figure 1 — Flowchart showing typical design process for offshore foundations
viii
International Standard ISO 19901-4:2025(en)
Oil and gas industries including lower carbon energy —
Specific requirements for offshore structures —
Part 4:
Geotechnical design considerations
1 Scope
This document contains provisions for geotechnical engineering design that are applicable to a broad
range of offshore structures, rather than to a particular structure type. This document outlines methods
developed for the design of shallow foundations with an embedded length (L) to diameter (D) ratio L/D <
0,5, intermediate foundations, which typically have 0,5 ≤ L/D ≤ 10 (see Clause 7), and long and flexible pile
foundations with L/D > 10 (see Clauses 8 and 9).
This document also provides guidance on soil-structure interaction aspects for flowlines, risers and
conductors (see Clause 10) and anchors for floating facilities (see Clause 11). This document contains brief
guidance on site and soil characterization, and identification of hazards (see Clause 6).
This document can be applied for foundation design for offshore structures used in the lower carbon energy
industry.
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 19901-7, Oil and gas industries including lower carbon energy — Specific requirements for offshore
structures — Part 7: Station-keeping systems for floating offshore structures and mobile offshore units
ISO 19901-8, Oil and gas industries including lower carbon energy — Offshore structures — Part 8: Marine soil
investigations
ISO 19901-9, Oil and gas industries including lower carbon energy — Specific requirements for offshore
structures — Part 9: Structural integrity management
ISO 19902, Petroleum and natural gas industries — Fixed steel offshore structures
ISO 19903, Petroleum and natural gas industries — Concrete offshore structures
ISO 19904-1, Petroleum and natural gas industries — Floating offshore structures — Part 1: Ship-shaped, semi-
submersible, spar and shallow-draught cylindrical structures
ISO 19905 (all parts), Oil and gas industries including lower carbon energy — Site-specific assessment of mobile
offshore units
ISO 19906, Petroleum and natural gas industries — Arctic offshore structures
DNV-RP-F110, Global buckling of submarine pipelines
DNV-RP-F114, Pipe-soil interaction for submarine pipelines
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions 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
action
external loading applied to the structure (direct action) or an imposed deformation or acceleration
(indirect action)
EXAMPLE An imposed deformation can be caused by fabrication tolerances, differential settlement (3.18),
temperature change or moisture variation. An imposed acceleration can be caused by an earthquake.
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.3]
3.2
action factor
partial factor whose value reflects the uncertainty or randomness of the action
3.4
basic variable
variable representing physical quantities which characterize actions and environmental influences,
geometric quantities, or material properties including soil properties
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.7, modified — Note 1 to entry has been removed.]
3.5
design actions
combination of representative actions and partial safety factors representing a design situation for use in
checking the acceptability of a design
3.6
design value
value derived from the representative value (3.11) for use in limit state (3.9) verification
Note 1 to entry: Design values can be different in different design/assessment situations due to different partial
factors.
Note 2 to entry: The term “characteristic value” used in ISO 19900 is not used in this document; and both terms
“characteristic value” and “representative value” are considered equivalent for geotechnical and foundation design.
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.14, modified — Note 2 to entry has been added.]
3.7
drained condition
condition whereby the applied stresses and stress changes are supported entirely by the soil skeleton and
do not cause a change in pore pressure
[SOURCE: ISO 19901-8:2023, 3.9]
3.8
effective foundation area
reduced foundation area having its geometric centre at the point where the resultant action vector intersects
the foundation base level
3.9
limit state
state beyond which the structure or structural component no longer satisfies the design/assessment criteria
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.31]
3.10
material factor
partial factor applied to the representative strength (3.19) of the soil, the value of which reflects the
uncertainty or variability of the material property
Note 1 to entry: See ISO 19900.
3.11
representative value
value assigned to a basic variable (3.4) for verification of a limit state (3.9) in a design/assessment situation
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.40, modified — Note 1 to entry has been removed.]
3.12
resistance
ability of a structure, or a structural component, to withstand action effects
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.41]
3.13
partial resistance factor
factor used for limit state (3.9) verification, the value of which reflects the uncertainty or variability of the
foundation resistance (3.12) including those of material properties
3.14
scour
removal of seabed (3.15) material caused by currents, waves or ice
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.45, modified — "or ice" has been added.]
3.15
seabed
materials at or below the seafloor (3.16), whether soils such as sand, silt and clay, cemented materials or rock
Note 1 to entry: Offshore foundations are most commonly installed in soils, and the terminology in this document
reflects this. However, the requirements equally apply to cemented seabed materials and rock. Thus, the term 'soil'
does not exclude any other material at or below the seafloor.
3.16
seafloor
interface between the sea and the seabed (3.15)
3.17
serviceability
ability of a structure or structural member to perform adequately for normal use under all expected actions
[SOURCE: ISO 2394:2015, 2.1.32]
3.18
settlement
permanent downward movement of a structure as a result of its own weight and other actions
3.19
strength
mechanical property of a material indicating its ability to resist actions, usually given in units of stress
Note 1 to entry: See ISO 19902.
3.20
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
[SOURCE: ISO 19901-8:2023, 3.44]
3.21
undrained shear strength
maximum shear stress at yielding or at a specified maximum strain in an undrained condition (3.20)
Note 1 to entry: Yielding is the condition of a material in which a large plastic strain occurs at little or no stress
increase.
[SOURCE: ISO 19901-8:2023, 3.45]
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols for shallow and intermediate foundation design
A actual
...
Norme
internationale
ISO 19901-4
Troisième édition
Industries du pétrole et du gaz y
2025-02
compris les énergies à faible teneur
en carbone — Exigences spécifiques
relatives aux structures en mer —
Partie 4:
Bases conceptuelles géotechniques
Oil and gas industries including lower carbon energy — Specific
requirements for offshore structures —
Part 4: Geotechnical design considerations
Numéro de référence
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .vi
Introduction .viii
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles et termes abrégés . 4
4.1 Symboles relatifs à la conception des fondations superficielles et intermédiaires .4
4.2 Symboles relatifs à la conception des fondations par pieux .7
4.3 Symboles relatifs à l'interaction sol-structure pour les structures auxiliaires
immergées, les risers et les conduites d'écoulement .10
4.4 Symboles relatifs à la conception des ancres pour les systèmes de maintien en position
des structures flottantes .11
4.5 Abréviations. 13
5 Exigences générales . .13
5.1 Généralités . 13
5.2 Cas de conception et coefficients partiels .14
5.3 Valeurs représentatives et conceptuelles des paramètres géotechniques . 15
5.3.1 Lignes directrices . 15
5.3.2 Détermination des valeurs représentatives et conceptuelles des paramètres du
sol . 15
5.4 Conception fondée sur la fiabilité géotechnique .17
5.5 Essais et instrumentation . . .18
6 Reconnaissance du site, identification des dangers géologiques et des sols carbonatés .18
6.1 Généralités .18
6.2 Modélisation géologique et identification des dangers .19
6.2.1 Généralités .19
6.2.2 Évaluation des dangers géologiques du site .19
6.3 Sols carbonatés . 20
6.3.1 Généralités . 20
6.3.2 Aspects et propriétés caractéristiques des sols carbonatés . 20
6.3.3 Fondations dans des sols carbonatés . 20
7 Conception des fondations superficielles et intermédiaires pour les structures fixes .21
7.1 Généralités .21
7.2 Principes .21
7.2.1 Principes généraux .21
7.2.2 Enfouissement des fondations . 22
7.2.3 Conventions en matière de signes, nomenclature et point de référence des
actions . 23
7.3 Critères d'acceptation . 23
7.3.1 Coefficient du matériau et coefficient d'action . 23
7.3.2 Utilisation de coefficients partiels dans la conception .24
7.4 Considérations conceptuelles . 25
7.4.1 Ajustement relatif au poids du bouchon de sol . 25
7.4.2 Espacement des jupes . 25
7.4.3 Perforations de la base des fondations . 25
7.4.4 Fondations sans jupes pénétrant dans des sols mous . 25
7.4.5 Contraintes de tension sous les fondations . 26
7.4.6 Actions omnidirectionnelles . . 26
7.4.7 Interaction avec d'autres structures . 26
7.4.8 Fondations multiples . 26
7.4.9 Stabilité hydraulique .27
7.4.10 Sols ou profils de sols non conventionnels .27
iii
7.4.11 Choix des valeurs des paramètres du sol pour la conception .27
7.5 État limite ultime (stabilité) . 28
7.5.1 Évaluation de la capacité portante des fondations superficielles . 28
7.5.2 Évaluation de la capacité de glissement des fondations superficielles .31
7.5.3 Évaluation de la capacité des fondations intermédiaires . 34
7.6 État limite d'aptitude au service (déplacements et rotations) . 34
7.6.1 Généralités . 34
7.6.2 Aptitude au service des fondations superficielles soumises à des charges
statiques . 34
7.6.3 Aptitude au service des fondations intermédiaires .37
7.6.4 Aptitude au service en réponse à des actions dynamiques et cycliques .37
7.7 Autres méthodes de conception .37
7.7.1 Approche fondée sur la surface en limite élastique .37
7.7.2 Prise de décision fondée sur la maîtrise des risques .37
7.8 Installation .37
7.8.1 Généralités .37
7.8.2 Résistance à la pénétration de la jupe . 38
7.8.3 Dépression exigée et admissible . 39
7.9 Relocalisation, récupération et enlèvement . 39
8 Conception des fondations par pieux .40
8.1 Capacité des pieux en compression axiale . 40
8.1.1 Généralités . 40
8.1.2 Capacité axiale d'un pieu .41
8.1.3 Frottement latéral et résistance de pointe dans des sols argileux .42
8.1.4 Frottement latéral et résistance de pointe dans des sols sableux. 44
8.1.5 Frottement latéral et résistance de pointe dans des graviers . 46
8.1.6 Frottement latéral et résistance de pointe de pieux cimentés dans la roche . 46
8.1.7 Frottement latéral et résistance de pointe de pieux cimentés dans les sols
intermédiaires .47
8.2 Capacité des pieux en traction axiale .47
8.3 Performance axiale des pieux .47
8.3.1 Comportement axial statique des pieux .47
8.3.2 Comportement axial cyclique des pieux . 48
8.4 Réaction du sol pour des pieux sous actions axiales . 48
8.4.1 Courbes t–z de transfert de cisaillement axial . 48
8.4.2 Courbe de résistance de pointe-déplacement, Q–z . 50
8.5 Réaction du sol pour les pieux sous des actions latérales . 50
8.5.1 Généralités . 50
8.5.2 Réaction du sol latérale pour l'argile .51
8.5.3 Capacité latérale pour le sable . 58
8.5.4 Courbes p–y de résistance latérale du sol-déplacement pour le sable. 60
8.5.5 Courbes P-y pour des actions de fatigue pour les sables .61
8.5.6 Évaluation affinée de la réponse latérale d'un pieu .61
8.5.7 Courbes de résistance latérale du sol en fonction du déplacement dans les sols
calcaires, dans les sols cimentés et dans la roche tendre .61
8.6 Comportement des groupes de pieux .62
8.6.1 Généralités .62
8.6.2 Comportement axial .62
8.6.3 Comportement latéral . . .62
8.7 Évaluation de l'installation des pieux .62
8.7.1 Généralités .62
8.7.2 Études prévisionnelles de battage . 63
8.7.3 Obtention de la pénétration de pieu requise . 64
8.7.4 Refus de pieu battu. 64
8.7.5 Mesures pour remédier à un refus de pieu . 64
8.7.6 Choix du marteau de battage et contraintes pendant le battage . 66
8.7.7 Utilisation de marteaux hydrauliques . 66
8.7.8 Pieux forés-cimentés .67
iv
8.7.9 Cimentation des raccordements pieu-manchon .67
8.7.10 Données d'installation des pieux . 68
8.7.11 Installation de tubes conducteurs et démarrage du forage des puits . 68
9 Évaluation de la capacité des pieux pour les structures existantes .69
9.1 Généralités . 69
9.2 Données géotechniques et des fondations . 69
9.2.1 Données géotechniques. 69
9.2.2 Données de conception .70
9.2.3 Données d'installation.70
9.2.4 Données conditionnelles .70
9.2.5 Données d'exploitation .70
9.3 Évaluation .70
9.4 Évaluation .71
9.4.1 Généralités .71
9.4.2 Réponse «pushover» des systèmes de fondations sur pieux .71
9.5 Effets du temps sur les fondations par pieux . 72
10 Données d'entrée de conception géotechnique pour les structures sous-marines, les
risers et les conduites d'écoulement .72
10.1 Généralités . 72
10.2 Reconnaissance géotechnique . 73
10.3 Fondations pour structures de production sous-marine . 73
10.4 Risers à caténaire en acier . 73
10.4.1 Généralités . 73
10.4.2 Caractérisation du sol marin .74
10.4.3 Conception relative à l'état limite ultime . .74
10.4.4 Conception relative à l'état limite de fatigue .74
10.5 Conception géotechnique des tubes conducteurs forés par injection et des risers
verticaux sous tension . 77
10.5.1 Généralités . 77
10.5.2 Tubes conducteurs forés par injection . 77
10.5.3 Interaction sol-structure pour l'évaluation de l'intégrité du puits . 80
10.5.4 Données d'entrée géotechniques pour l'évaluation de la résistance du puits . 80
10.5.5 Données d'entrée géotechniques pour l'évaluation de la fatigue du puits . 80
10.5.6 Considérations géotechniques pour l'analyse de battage des tubes conducteurs . 85
10.6 Conception des fondations pour des tours risers . 85
10.6.1 Généralités . 85
10.6.2 Options de fondations . 85
10.6.3 Actions de charge et coefficients de sécurité . 86
10.6.4 Défis de conception . 86
10.7 Conduites et conduites d'écoulement en mer . 86
10.7.1 Analyse géotechnique de l'interaction conduite-sol . 86
10.7.2 Éboulements sous-marins et écoulements par densité: simulation et analyse
d'impact sur la conduite . 88
11 Conception des ancrages des structures flottantes .88
Annexe A (informative) Additional information and guidance .89
Bibliographie .214
v
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'ISO attire l'attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l'utilisation
d'un ou de plusieurs brevets. L'ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l'applicabilité
de tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l'ISO
n'avait pas reçu notification qu'un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application.
Toutefois, il y a lieu d'avertir les responsables de la mise en application du présent document que des
informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à
l'adresse www.iso.org/brevets. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou
partie de tels droits de brevet.
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, Industries du pétrole et du gaz, y
compris les énergies à faible teneur en carbone, Sous-comité SC 7, Structures en mer, en collaboration avec le
comité technique CEN/TC 12, Industries du pétrole et du gaz, y compris les énergies à faible teneur en carbone
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 19901-4:2016), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— élargissement des recommandations des valeurs représentatives et conceptuelles des paramètres du sol
(Article 5);
— ajout de recommandations sur la conception géotechnique des fondations intermédiaires pour les
structures fixes et utilisation d'une nouvelle désignation pour l'Article 7, «Conception des fondations
superficielles et intermédiaires»;
— ajout des exigences sur la résistance de l'installation, les approches sur les tolérances d'élasticité à l'état
limite ultime et la conception fondée sur la performance pour les fondations à jupes peu profondes et
intermédiaires (Article 7);
— nouvelle méthode CPT unifiée définissant la capacité axiale dans le sable en remplacement de l'ancienne
méthode (du texte principal), nouvelle définition de la courbe TZ dans le sable, introduction à l'Article A.8
d'une nouvelle méthode CPT unifiée pour l'argile, nouvelle méthodologie pour la courbe PY dans l'argile
en remplacement de la méthode existante (Article 8);
— nouvelles exigences ajoutées en ce qui concerne la ré-évaluation de la capacité des pieux pour les
structures existantes (Article 9);
vi
— nouvel article pour les conduites, les tubes conducteurs et les risers (Article 10);
— révision, mise à jour et réduction des références dans la mesure du possible.
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.
vii
Introduction
Les Normes internationales pour les structures en mer élaborées par le TC 67 (c'est-à-dire l'ISO 19900, la
série ISO 19901, l'ISO 19902, l'ISO 19903, l'ISO 19904-1, la série ISO 19905, et l'ISO 19906) constituent une
base commune qui couvre les aspects traitant des exigences de conception et des évaluations de toutes les
structures en mer utilisées par les industries du pétrole et du gaz dans le monde. Leur mise en œuvre a pour
finalité d'atteindre des niveaux de fiabilité appropriés pour les structures en mer, quels que soient le type
de structure et la nature des matériaux utilisés. Les exigences spécifiques à l'application pour les différents
secteurs de l'énergie sont indiquées dans les normes pertinentes. Par exemple, pour le secteur de l'éolien
en mer, l'IEC 61400-1 et l'IEC 61400-3-1 décrivent les exigences de conception (par exemple, les périodes de
retour) pour les structures de soutien des éoliennes en mer.
Le présent document peut être appliqué pour la conception des fondations utilisées dans le secteur de
l'éolien en mer. Dans ce cas, il convient de vérifier que le type et les dimensions de la fondation, ainsi que le
type d'actions agissant sur elle, sont cohérents avec ceux utilisés dans le développement des méthodes de
conception. Par exemple, les méthodes de conception des pieux des Articles 8 ne sont pas nécessairement
applicables à la conception des monopieux pour lesquels L/D est inférieur à 10, et il convient d'évaluer leur
validité pour de tels cas. Les structures éoliennes en mer peuvent également présenter d'autres exigences,
telles qu'une caractérisation de la rigidité des fondations, qui ne relèvent pas du domaine d'application du
présent document. Il convient de se référer aux codes et normes spécifiques à l'application globale, tels que
l'IEC 61400-3-1.
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'ouvrage, 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. Il convient de considérer les implications relatives aux modifications en relation avec la fiabilité
d'ensemble de tous les systèmes structuraux en mer.
Pour la conception géotechnique (science de l'ingénierie traitant des propriétés du sol: sable, limon, argile et
roche), certaines considérations supplémentaires s'appliquent. Celles-ci comprennent la durée, la fréquence
et la vitesse d'application des actions, la méthode d'installation, les propriétés du sol environnant, le
comportement global du sol marin, les effets des structures adjacentes et les résultats du forage dans le sol
marin. Il convient que tout cela, ainsi que toute autre information applicable, soit considéré en relation avec
la fiabilité globale de la structure.
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.
La pratique de la conception géotechnique pour les structures en mer est un processus innovant et en
continuelle évolution depuis des années. Cette évolution va probablement continuer et est encouragée.
Ainsi, dans certaines circonstances, les procédures décrites dans le présent document ou dans les Normes
internationales sur les structures en mer élaborées par le TC 67 (ou ailleurs) peuvent être insuffisantes en
elles-mêmes pour garantir l'obtention d'une conception sûre et économique.
Les sols du sol marin varient. L'expérience acquise sur un emplacement n'est pas nécessairement applicable
sur un autre site. Des précautions supplémentaires sont nécessaires lorsque les sols rencontrés ou les
concepts de fondation utilisés ne sont pas conventionnels ou familiers. L'utilisation du présent document
nécessite donc une bonne appréciation en matière d'ingénierie.
L'Annexe A fournit un contexte et des préconisations concernant l'utilisation du présent document.
L'ISO 19905 fournit des exigences et des recommandations détaillées sur les fondations pour les unités
mobiles en mer.
La Figure 1 représente un flux de tâches type pour la conception des fondations en mer en référence aux
autres Normes internationales pertinentes.
viii
NOTE Des contraintes spécifiques de conception et d'installation peuvent s'appliquer pour les structures dans
les régions arctiques (voir l'ISO 19906), pour les unités mobiles en mer, en particulier pour les plates-formes auto-
élévatrices (voir l'ISO 19905) et pour les ancres pour les unités flottantes (voir l'ISO 19901-7). La conception peut être
un processus itératif du concept (étude de faisabilité initiale et d'applicabilité) à la conception finale, en passant par la
conception de base. Différents niveaux de détails et d'objectifs sont exigés aux différents stades de la conception.
Figure 1 — Organigramme représentant le processus de conception type pour les fondations en mer
ix
Norme internationale ISO 19901-4:2025(fr)
Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible
teneur en carbone — Exigences spécifiques relatives aux
structures en mer —
Partie 4:
Bases conceptuelles géotechniques
1 Domaine d'application
Le présent document contient les dispositions relatives à la conception géotechnique qui s'appliquent à une
vaste gamme de structures en mer, plutôt qu'à un type particulier de structure. Le présent document décrit
les méthodes développées principalement pour la conception des fondations superficielles avec un rapport
entre longueur enfouie (L) et diamètre (D) L/D < 0,5, des fondations intermédiaires avec 0,5 ≤ L/D ≤ 10 (voir
l'Article 7) et des fondations par pieux longs et flexibles avec L/D > 10 (voir les Articles 8 et 9).
Le présent document fournit également des recommandations sur les aspects relatifs à l'interaction
sol-structure pour les conduits d'écoulement, les risers et les conducteurs (voir l'Article 10), ainsi que
pour les ancrages des structures flottantes (voir l'Article 11). Le présent document contient de brèves
recommandations sur la caractérisation du site et des sols, ainsi que sur l'identification des dangers (voir
l'Article 6).
Le présent document peut être appliqué à la conception de fondations pour les structures en mer utilisées
dans l'industrie des énergies à faible teneur en carbone.
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 19901-7, Industries du pétrole et du gaz, y compris les énergies à faible teneur en carbone — Exigences
spécifiques relatives aux structures en mer — Partie 7: Systèmes de maintien en position des structures en mer
flottantes et des unités mobiles en mer
ISO 19901-8, Industries du pétrole et du gaz y compris les énergies à faible teneur en carbone — Structures en
mer — Partie 8: Investigations des sols en mer
ISO 19901-9, Industries du pétrole et du gaz naturel — Exigences spécifiques relatives aux structures en mer —
Partie 9: Gestion de l'intégrité structurelle
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
ISO 19904-1, Industries du pétrole et du gaz naturel — Structures en mer flottantes — Partie 1: Unités
monocoques, unités semi-submersibles et unités spars
ISO 19905 (toutes les parties), Industries du pétrole et du gaz, y compris les énergies à faible teneur en
carbone — Évaluation spécifique du site d’unités mobiles en mer
ISO 19906, Industries du pétrole et du gaz naturel — Structures arctiques en mer
DNV-RP-F110, Global buckling of submarine pipelines
DNV-RP-F114, Pipe-soil interaction for submarine pipelines
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions 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
action
charge extérieure appliquée à la structure (action directe), ou déformation ou accélération imposée (action
indirecte)
EXEMPLE Une déformation imposée peut être causée par des tolérances de fabrication, un tassement différentiel
(3.18) ou des variations de température ou d'humidité. Une accélération imposée peut être causée par un séisme.
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.3]
3.2
coefficient d'action
coefficient partiel dont la valeur représente les incertitudes ou le caractère aléatoire des actions
3.4
variable de base
variable se rapportant aux grandeurs physiques qui caractérisent les actions et les incidences de
l'environnement, les grandeurs géométriques ou les propriétés des matériaux, y compris les propriétés des sols
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.7, modifié — Suppression de la Note 1 à l'article.]
3.5
actions conceptuelles
combinaison d'actions représentatives et de coefficients partiels de sécurité représentant une situation
conceptuelle, destinée à être utilisée pour vérifier l'acceptabilité d'une conception
3.6
valeur conceptuelle
valeur déduite de la valeur représentative (3.11) à introduire dans la vérification des états limites (3.9)
Note 1 à l'article: Les valeurs conceptuelles peuvent être différentes dans des situations de conception/d'évaluation
différentes en raison des coefficients partiels différents.
Note 2 à l'article: Le terme «valeur caractéristique» utilisé dans l'ISO 19900 n'est pas utilisé dans le présent document,
et les deux termes «valeur caractéristique» et «valeur représentative» sont considérés comme équivalents pour la
conception géotechnique et la conception des fondations.
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.14, modifié — Ajout de la Note 2 à l'article.]
3.7
condition drainée
condition dans laquelle les contraintes appliquées et les variations de contrainte sont entièrement supportées
par le squelette du sol et ne provoquent pas de variation de la pression interstitielle
[SOURCE: ISO 19901-8:2023, 3.9]
3.8
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
3.9
état limite
état au-delà duquel la structure ou l'élément de structure ne satisfait plus aux critères de conception/
d'évaluation
[SOURCE: ISO 19900:2019, 3.31]
3.10
coefficient du matériau
coefficient partiel appliqué à la résistance (3.19) représentative du sol, dont la valeur représente l'incertitude
ou la variabilité de la propriété du matériau
Note 1 à l'article: Voir l'ISO 19900.
3.11
valeur représentative
valeur attribuée à une variable de base (3.4) pour la vérification d'un état limite (3.9) dans
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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