Axial Stiffness of Pile Groups – Review and Comparison of Different Practical Methods

ABSTRACT: It is well-known that due to the interaction of piles installed in close proximity, the axial stiffness of each pile in a pile group is reduced compared to that of an isolated pile. Currently, there are few different methods used to quantify the stiffness of the pile groups. For example, according to Poulos and Davis (1980), the performance of a pile within a pile group has generally been expressed in terms of a group settlement ratio. Fleming et al (1992) quantified the stiffness of a pile group through the use of a group efficiency, the inverse of the group settlement ratio. The other approach was proposed by Hijikata et al (1996) using the term of vertical group factor. This paper is to review and compare the axial stiffness of a pile group obtained from different methods in literature. Parametric studies for the group efficiency or group factor will be carried out for various pile spacings and number of piles in group. It is concluded that, for close pile spacings of up to three times pile diameter, three methods mentioned in this study result in reasonably close group factors for pile groups of up to 100 piles. Poulos (1977) and Hijikata et al. (1996) methods may be used as a lower bound and upper bound of group factor, respectively, when assessing the pile group stiffness. Also, it is noted that a small group of 4 piles spaced at 10 times pile diameters still has a group efficiency of approximately 0.74 associated with the reaction at serviceability limit state (SLS), which is noticeably different from the group efficiency of 1 for the geotechnical resistance at ultimate limit state (ULS) recommended for this pile group arrangement.

RÉSUMÉ: Il est bien connu que, en raison de l’interaction entre les pieux installés à faible distance les uns des autres, la rigidité axiale de chaque pieu dans un groupe est réduite par rapport à celle d’un pieu isolé. Actuellement, plusieurs méthodes sont utilisées pour quantifier la rigidité des groupes de pieux. Par exemple, selon Poulos et Davis (1980), le comportement d’un pieu au sein d’un groupe est généralement exprimé en termes de taux de tassement du groupe. Fleming et al. (1992) ont quantifié la rigidité d’un groupe de pieux à l’aide de l’efficacité de groupe, qui correspond à l’inverse du taux de tassement. Une autre approche a été proposée par Hijikata et al. (1996) en utilisant le concept de facteur de groupe vertical.Cet article a pour objectif d’examiner et de comparer la rigidité axiale d’un groupe de pieux obtenue à partir de différentes méthodes issues de la littérature. Des études paramétriques sur l’efficacité de groupe ou le facteur de groupe seront menées pour différents espacements entre pieux et divers effectifs de pieux dans le groupe. Il en ressort que, pour des espacements réduits allant jusqu’à trois fois le diamètre des pieux, les trois méthodes présentées dans cette étude produisent des résultats de facteur de groupe relativement proches pour des groupes allant jusqu’à 100 pieux. Les méthodes de Poulos (1977) et de Hijikata et al. (1996) peuvent respectivement être considérées comme borne inférieure et borne supérieure du facteur de groupe lors de l’évaluation de la rigidité d’un groupe de pieux. Il est également observé qu’un petit groupe de 4 pieux espacés de dix fois leur diamètre présente encore une efficacité de groupe d’environ 0,74 au niveau de l’état limite de service (ELS), ce qui diffère sensiblement de l’efficacité de groupe égale à 1 généralement recommandée pour la résistance géotechnique à l’état limite ultime (ELU) dans ce type de configuration.