Group reduction factors for analysis of laterally loaded pile groups

The lateral response of piles embedded in soil is typically analyzed using the beam on nonlinear Winkler springs approach, in which soil-pile interaction is modeled by nonlinear p-y curves (where p is soil resistance and y is horizontal displacement). In this approach, one of the most common methods of accounting for interaction effects in pile groups is to modify the single pile p-y curves using a p-multiplier for each row of piles in the group, with higher values for leading row and lower values for trailing rows. The leading and trailing rows interchange during seismic loading; therefore, sometimes an average p-multiplier is used for all piles in the group. This average p-multiplier is called the group reduction factor. Group reduction factors have been established from experimental data from static loading tests on small pile groups, mostly 3 x 3 groups with free pile head conditions and center-to-center pile spacings of about 3 pile diameters. In this paper, continuum simulations are used to study the group reduction factors in 3x3 to 6x6 square pile groups subjected to static loading. The study includes the effects of various parameters, including pile spacing, pile head condition, and the friction angle of soil, on the group reduction factors. Calculated group reduction factors from this study compare well with available group test data, that is, typically small pile groups. However, the study shows that design guidelines such as the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) and Federal Emergency Management Agency (FEMA) P-751 overestimate the group reduction factors, hence the lateral resistance, in larger pile groups and larger spacings, especially for fixed pile head conditions. Key words: pile group, p-y method, group reduction factor, soil-pile interaction, continuum model. La reponse laterale de pieux enfouis dans un sol est generalement analysee a l'aide de l'approche non lineaire d'une poutre sur des ressorts de Winkler, dans laquelle l'interaction pieu-sol est modelisee par des courbes p-y non lineaires. Dans cette approche, une des methodes les plus courantes pour considerer les effets d'interaction dans les groupes de pieux est de modifier les courbes p-y pour un pieu unique avec un multiplicateur-p pour chaque rangee de pieux dans le groupe, en assignant des valeurs plus elevees pour la rangee principale et des valeurs plus faibles pour les rangees suivantes. La rangee principale et les autres rangees s'echangent durant des sollicitations sismiques; alors parfois un multiplicateur-p moyen est utilise pour tous les pieux dans un meme groupe. Ce multiplicateur-p moyen est appele le facteur de reduction du groupe. Des facteurs de reduction du groupe ont ete etabli a partir de donnees experimentales provenant d'essais en chargement statique sur des petits groupes de pieux, principalement des groupes 3x3 dont la tete des pieux est libre et l'espacement du centre au centre des pieux est d'environ 3 fois le diametre des pieux. Dans cet article, des simulations continues sont utilisees pour etudier les facteurs de reduction du groupe dans des groupes 3x3 a 6x6 soumis a des sollicitations statiques. L'etude inclut les effets de plusieurs parametres, incluant l'espace entre les pieux, la condition de la tete du pieu, et l'angle de friction du sol, sur les facteurs de reduction du groupe. Les facteurs de reduction du groupe calcules dans cette etude se comparent bien avec les donnees disponibles sur les essais de groupe, generalement realises sur des petits groupes de pieux. Cependant, l'etude demontre que les criteres de conception comme American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) et Federal Emergency Management Agency (FEMA) P-751 surestiment les facteurs de reduction du groupe, et consequemment la resistance laterale, dans les grands groupes de pieux et dont l'espacement est grand, particulierement dans des conditions ou la tete des pieux est fixe. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: groupe de pieux, methode p-y, facteur de reduction du groupe, interaction sol-pieu, modele continu.
Introduction The lateral response of piles is typically analyzed using the beam on nonlinear Winkler springs model. The nonlinear springs are based on the p-y curves (where p is soil [...]