SSI Analysis of Framed Structures Supported on Pile Foundations :

A Review
by

Sushma Pulikanti, Pradeep Kumar Ramancharla

in

Frontier in Geotechnical Engineering

Report No: IIIT/TR/2013/-1

Centre for Earthquake Engineering

International Institute of Information Technology
Hyderabad - 500 032, INDIA
October 2013
www.seipub.org/fge                                                               Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013 

SSI Analysis of Framed Structures Supported 
on Pile Foundations : A Review 
Sushma Pulikanti*1, Pradeep Kumar Ramancharla2 
Earthquake Engineering Research Center,  
International Institute of Information Technology Hyderabad, Gachibowli, Hyderabad, India. 
*1 sushmap@research.iiit.ac.in; 2ramancharla@research.iiit.ac.in 

Abstract  from free‐field motions. 
The post earthquake study of the structures reveals that the 
Substructure Approach 
interaction  of  soil  and  foundation  plays  a  major  role  in  the 
damage/response  of  structure.  In  this  regard  a  literature  Substructure  method  is  one  in  which  the  analysis 
survey  has  been  done  on  Frame  structures  supported  on  broken down into several steps that is the principal of 
various  foundations  like  isolated  footings, mat  foundations,  superposition is used to isolate the two primary causes 
combined  footings  or  pile  foundations.  Persual  of  literature 
of  soil  structure  interaction  that  is  inability  of 
reveals  that  very  few  investigations  were  done  on  frame 
foundation to match the free field deformation and the 
structures  supported  on  pile  foundations.  So  in  this  paper, 
an  attempt  is  made  to  implement  the  prominent  effect  of  dynamic  response  of  structure  foundation 
investigations  on  soil  structure  interaction  analysis  of  system on the movement of supporting soil.  
framed  structures  supported  on  pile  foundations.  It  also 
In the analysis and design of engineered structures in 
covers the analytical methods to predict lateral deflections of 
pile foundations alone (single and Group piles). 
the  past,  it  was  assumed  that  the  foundation  of 
structure  was  fixed  to  a  rigid  underlying  medium 
Keywords 
(Zhang  et  al.  (1998),  Celebi  (2001)).  In  the  last  few 
Soil Structure Interaction; Framed Structures; Pile Foundations  decades,  however,  it  has  been  recognized  that  Soil 
Structure  Interaction  (SSI)  altered  the  response 
Introduction characteristics  of  a  structural  system  because  of 
Most  of  the  building  frames  are  supported  on  massive  and  stiff  nature  of  structure  and,  often,  soil 
combined  footings,  isolated  footings,  raft,  pile  softness.  Various  studies  have  appeared  in  the 
foundations depending on the amount of load and the  literature  to  study  the  effect  of  SSI  on  dynamic 
nature  of  supporting  sub  soil.  Generally  the  multi  response  of  structures  such  as  nuclear  power  plants, 
storied  buildings  constructed  on  week  strata  at  high‐rise  structures  and  elevated  highways 
shallow depth are supported on pile foundations. The  (Maheshwari  et  al.,  2004,  Boominathan  et  al.,  2004, 
problem  of  interaction  becomes  more  complex  when  Jaya  et  al.,  2009,  Wegner  et  al.,  2009).  The  following 
soil,  foundation  and  structure  have  to  be  modeled  section discusses the critical review on the SSI analysis 
with  equal  rigor.  The  methods  to  solve  the  soil  of framed structures supported on pile foundations. 
structure interaction problem can be grouped as direct 
approach, substructure approach.  Framed Structures Supported on Pile
Foundations 
Direct Approach 
Although  numerous  works  have  been  done  on 
Direct approach is one in which the soil and structure 
interaction  analysis  of  frame  structure  resting  on 
are  modelled  together  in  a  single  step  accounting  for 
combined footings, isolated footings, etc., not much of 
both  inertial  and  kinematic  interaction.  Inertial 
work  has  been  done  interaction  analysis  of  frame 
interaction  develops  in  structure  due  to  own 
structure resting on pile foundations (Ingle and Chore 
vibrations giving rise to base shear and base moment, 
2007)  except  a  few  studies  as  described  in  the 
which in turn causes displacements of  the  foundation 
following section. 
relative  to  free  field.  While  kinematic  interaction 
develops due to presence of stiff foundation elements  The  work  on  frame  structures  supported  on  pile 
on  or  in  soil  causing  foundation  motion  to  deviate  foundations  was  first  started  by  Buragohain  et  al.  in 

28  
Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013                                                               www.seipub.org/fge

1977  who  evaluated  the  space  frames  resting  on  pile  tall  building  by  considering  the  non‐linear  soil‐pile 
foundation  by  means  of  stiffness  matrix  method  in  interaction, in which a 20‐storey building is examined 
order to quantify the effect of soil‐structure interaction  as  a  typical  structure  supported  on  a  pile  foundation 
using  simplified  assumptions.  In  his  study,  the  pile  using  DYNAN  computer  program,  leading  to  the 
cap was considered to be rigid, with the neglection of  conclusion  that  the  theoretical  prediction  for  tall 
of  its  stiffness.  The  stiffness  matrix  for  the  entire  pile  buildings  fixed  on  a  rigid  base  without  soil‐structure 
group was derived from the principle of superposition  interaction fails to represent the real seismic response, 
using  the  rigid  body  transformation.  The  foundation  since the stiffness is overestimated and the damping is 
stiffness  matrix  was  then  combined  with  the  underestimated. 
superstructure  matrix  to  perform  the  interactive  Besides  in  2003  Lu  et  al.,  studied  the  dynamic  soil 
analysis which was carried out in single step to assess  structure  interaction  of  a  twelve  storey  framed 
the  effect  of  soil  structure  interaction  on  the  response  structure  supported  on  raft  pile  foundations  using 
of structure in terms of changes in member forces and  ANSYS,  in  which  the  influence  of  the  following 
settlements.  parameters  soil  property,  rigidity  of  structure,  buried 
After  that  Cai  et  al.  in  2000  developed  a  three‐ depth, dynamic characteristics on SSI is studied. It has 
dimensional  nonlinear  Finite  element  subsystem  been observed that effect of SSI on displacement peak 
methodology  to  study  the  seismic  soil–pile–structure  value of structure is greater with increase of structural 
interaction  effects  (Fig.  1)  in  which  the  plasticity  and  rigidity. 
work hardening of soil have been considered by using  Ingle  and  Chore  (2007)  reviewed  the  soil‐structure 
δ*  version  of  the  HiSS  modelling.  Based  on  their  interaction (SSI) analysis of framed structures and the 
studies  it  has  been  concluded  that  with‐    plasticity‐   problems related to pile foundations, and underscored 
based  soil  model,  the  motion  of  the  pile  foundation  the  necessity  of  interactive  analysis  to  build  frames 
deviated  significantly  from  the  bedrock  motion  and  resting on pile foundations by more rational approach 
this departure from the ground motion should not be  and  realistic  assumptions.  It  was  suggested  that 
over  looked  in  evaluating  the  seismic  kinematic  flexible  pile  caps  along  with  their  stiffness  should  be 
response of pile‐supported structures. Also it has been  considered  and  the  stiffness  matrix  for  the  sub‐
observed  that  the  output  of  the  pile  head  motion  structure  should  be  derived  by  considering  the  effect 
revealed an interesting phenomenon that although the  of all piles in each group. However, the basic problem 
bedrock  input  is  horizontal  there  is  some  vertical  of  the  building  frame  is  three  dimensional  in  nature. 
acceleration on the pile heads (column bases). In Cai et  Although  a  complex  three‐dimensional  finite  element 
al.  work  the  analysis  was  carried  out  on  fixed  approach,  when  adopted  for  the  analysis,  is  quite 
boundary  conditions  and  also  damping  in  the  expensive  in  terms  of  time  and  memory,  it  facilitates 
foundation subsystem was neglected. Fixed boundary  realistic  modelling  of  all  the  parameters  involved. 
condition  does  not  give  the  actual  response  as  there  Along these lines, Chore and Ingle (2008 a) presented a 
will be lot of reflections coming back and soil damping  methodology  for  the  comprehensive  analysis  of 
also  plays  a  major  role  in  soil  structure  interaction  building frames supported by  pile groups  embedded 
analysis.  in    soft  marine    clay  using  the  3D  finite    element 
method (Fig. 2). 

 
FIG. 1 EXAMPLE OF STRUCTURE AND PILE FOUNDATION 
DEVELOPED USING FEM BASED ON RESEARCH BY CAI ET AL. 
2000 
 
FIG. 2 TYPICAL BUILDING FRAME SUPPORTED BY GROUP OF 
Later  Yingcai  in  2002  studied  the  seismic  behavior  of  PILES BASED ON RESEARCH BY CHORE ET AL. 2010 

    29
www.seipub.org/fge                                                               Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013 

The  effect  of  various  foundation  parameters,  such  as  (clay)  with  flexible  cap  (Fig.  2).  For  this  purpose  a 
the  configuration  of  the  pile  group,  spacing  and  three  dimensional  Finite  Element  analysis  is  carried 
number of piles, and pile diameter, has been evaluated  out  using  substructure  approach.  A  parametric  study 
on  the  response  of  the  frame.  The  analysis  also  has been conducted to study the effects of pile spacing, 
considered the interaction between pile cap and soil. It  pile configuration, and pile diameter of the pile group 
has  been  concluded  that  with  the    increase    in    pile   on the response of superstructure for different pile tip 
spacing  and number of piles in a group, displacement  conditions. The displacement at the top of the frame is 
at  top  of  frame  decreases.  In  addition,  with  the  less  for  fixed  base  condition  and  increases  by  42  to 
increase  in  diameter  of  piles,  displacement  at  top  of  103%  when  the  SSI  effect  is  incorporated.  Likewise, 
frame  decreases  for  any  spacing  owing  to  the  with the increase in pile spacing, the top displacement 
increased  stiffness  of  pile  group  at  higher  diameter.  of the frame decreases. The effect of end conditions at 
Also  the  effect  of  soil  structure  interaction  (SSI)  is  the  pile  tip  is  significant  as  well  on  the  displacement. 
significant  on  bending  moment,  i.e.  SSI  is  found  to  Though the displacements obtained for the pinned tip 
increase  the  maximum  positive  bending  moment  by  and  fixed  tip  are  less  than  those  for  the  free  tip,  the 
14.01  %  and  maximum  negative  bending  moment  by  end  condition  does  not  have  appreciable  effect  for 
27.77 %.  parallel configuration. 
Chore  and  Ingle  (2008  b)  reported  an  interaction  In the work of Chore et al. actual interaction with the 
analysis  on  the  space  frame  with  pile  foundations  soil  and  foundation  has  been  neglected  by  replacing 
using  the  finite  element  method,  wherein  the  the soil with springs. Similarly, the combined effect of 
foundation  elements  were  modelled  in  the  simplified  kinematic  and  inertial  interaction  is  also  neglected  by 
manner  as  suggested  by  Desai  et  al.  (1981).  The  pile  the substructure analysis. 
cap  was  idealized  as  two dimensional plate elements, 
More  recently  Deepa  et  al.  in  2012  did  a  Linear  static 
the  piles  as  one  dimensional  beam  elements,  and  the  
analysis  using  commericial  package  NISA  on  a  four 
soil as linearly elastic independent springs. In this way, 
bay twelve storey RCC frame structure resting on pile 
the three dimensional pile foundations can be replaced 
foundations, from which it has been observed that SSI 
by  an  assembly  of  one  dimensional  beam  elements, 
effects  increased  the  responses  in  the  frame  upto  the 
two  dimensional  plate  elements  and  equivalent 
characteristic depth and decerased when the frame has 
springs.  The  memory  requirement  is  about  one  tenth 
been treated for full depth. 
of  that  required  by  a  three  dimensional  modelling, 
making it rather easy to simulate the original complex  Vivek et al., in 2012 presented a review on interaction 
problem.  behavior of structure‐foundation‐soil system. In which 
he gave a brief description of research done by various 
In the studies made by Chore and Ingle (2008 a, b), an 
researchers on  linear, nonlinear, elasto‐plastic, plastic 
uncoupled  analysis  (sub‐structure  approach)  of  the 
soil  structure  interaction  effects  under  static  and 
system  of  building  frame  and  pile  foundation  was 
dynamic  loading conditions. 
presented. By this methodology, a building frame was 
analysed  separately  with  the  assumption  of  fixed  As  the  well  known  reason  why  our  structures  are 
column  bases.  Later,  equivalent  stiffness  was  derived  always  safe  against  gravitational  loads  and  various 
for  the  foundation  head  and  used  in  the  interaction  damages  to  them  (structures  and  foundations)  is 
analysis  of  the  frame  to  include  the  SSI  effect.  More  mainly  because  of  lateral  motion.  In  the  following 
recently,  Chore  et  al.  (2009)  presented  an  interaction  section,  the  various  analytical  methods  available  for 
analysis  for  the  building  frame  resting  on  the  pile  single  and  group  piles  (not  the  review)  has  been 
group  using  a  coupled  approach,  i.e.,  by  considering  outlined by discussing the advantages of one over the 
the system of building frame ‐ pile foundation ‐ soil as  other. 
a  single  combined  unit.  Although  such  an  analysis  is 
computationally  uneconomical,  fair  agreement  has  Pile Foundations
been  observed  between  the  results  obtained  using 
Pile foundations, the oldest method of construction for 
coupled and uncoupled approaches. 
overcoming the difficulties of foundation on soft soils, 
Chore et al. in 2010 studied the effect of soil‐structure  are  used  to  support  bridges,  high  rise  structures, 
interaction  on  a  single‐storey,  two‐bay  space  frame  offshore  platforms,  marine  structure  etc.  Significant 
resting on a pile group embedded in the cohesive soil  damage was caused to pile supported structures in the 

30  
Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013                                                               www.seipub.org/fge

past  during  major  earthquakes  such  as  1906  San  order differential beam bending equation. 

Francisco  earthquake,  1964  Niigata  and  Alaska  d4 u d2 u
Ep I p  Q 2   w   p d   Kh u d
earthquakes,  1995  Kobe  earthquake,  2001  Bhuj  d z4 dz  
earthquake, which led to an increase in the demand to  d4 u d2 u
Ep I p 4
 Q 2  Kh u d  0 (1)
dz dz
reliably  predict  the  response  of  piles  to  ground  Where E p Pile modulus of elasticity
shaking.  Since  then  extensive  research  has  been  Q Axial load on pile
carried  out  and  several  analytical  and  numerical  I p Pile cross section moment of Inertia
d Pile diameter
procedures  have  been  developed  to  determine  the 
w Soil reaction per unit length over the pile(distributed load)
static  and  dynamic  response  of  piles  subjected  to  p Soil pressure over the pile
horizontal  or  vertical  loads.  Meanwhile,  full  scale  K h Soil lateral subgrade reaction modulus
experimental observations on the pile’s behaviour and  u Lateral deflection of pile at point x along the length of the pile

numerous model testing have been carried out. In this  Solutions  to  Eq  (1)  have  been  obtained  by  making 
paper an attempt is made to discuss the details of the  assumptions simplification  regarding  the  variation 
same.  The  following  section  briefly  summarizes  the  of Kh with depth. The most common assumption is 
various analytical methods existing for single pile and  that  Kh  is  constant  with  depth  for  clays  and  Kh 
group piles.  varies  linearly  with  depth  for  sands.  Poulos  and 
Davis  (1980)  and  Prakash  and  Sharma  (1990) 
Analytical Methods for Single Piles  provided  tables  and  charts  that  can  be  used  to 
Single piles are mainly used for coastal structures such  determine pile deflections, slopes, and moments as 
as  mooring  and  berthing  piles,  but  usually  formed  in  a  function  of  depth  and  non‐dimensional 
groups.  However,  tall  buildings,  offshore  platforms,  coefficients for a constant value of Kh with depth. 
quays,  viaducts,  and  bridge  piers  are  generally  built  Despite  its  frequent  use,  the  method  is  often 
on pile groups. The difference between the behaviour  criticized  because  of  its  theoretical  shortcomings 
of  single  piles  and  pile  groups  is  that  pile  group  and limitations.  The  primary shortcomings are  the 
response  is  influenced  by  the  nonlinear  pile‐soil‐pile  modulus of sub grade reaction that is not a unique 
interaction,  the  effect  of  the  pile  cap,  the  spacing  of  property  of  the  soil,  but  depends  intrinsically  on 
piles, and the arrangement of piles with respect to the  pile characteristics and the magnitude of deflection; 
direction  of  applied  force  (Charles  et  al.  2001).  So  in  and  the  method  is  semi‐empirical  in  nature;  axial 
order  to  have  a  good  understanding  on  the  group  load effects are ignored and the soil model used in 
behaviour,  first  the  single  pile  behaviour  is  discussed  the technique is discontinuous. That is, the linearly 
followed by group pile behaviour.    elastic  Winkler  springs  behave  independently  and 
thus  displacements  at  a  point  are  are  free  from 
Analytical  methods  to  predict  lateral  deflections,  being  influenced  by  displacements  or  stresses  at 
rotations  and  stresses  in  single  pile  can  be  grouped  other points along the pile. 
under the following four headings 
McClelland  and  Focht  (1956)  augmented  the  sub 
1) 1).Winkler Approach  grade  reaction  approach  using  finite  difference 
2) P‐Y Method  techniques  to  solve  the  beam  bending  equation 
with  nonlinear  load  versus  deflection  curves  to 
3) Elastic Continuum Approach 
model the soil. Their approach is known as the p‐y 
4) Finite Element Method  method  of  analysis.  This  method  has  gained 
popularity  in  recent  years  with  the  availability  of 
1) Winkler Approach 
powerful  personal  computers  and  commercial 
The  Winkler  approach,  also  called  the  sub  grade  software  such  as  COM624  (Wang  and  Reese  1993) 
reaction theory, is the oldest method to predict pile  and  LPILE  Plus3.0  (Reese  et  al.,  1997).  A  brief 
deflections  and  bending  moments.  ‐  The  approach  summary  of  the  p‐y  method  of  analysis  is 
uses  a  series  of  unconnected  linear  springs  to  presented in the following section. 
model the soil with stiffness, Kh, expressed in units 
2) P‐Y Method 
of force per length squared (FL‐2).  The behaviour of 
a single pile can be analysed using the equation of  The  p‐y  approach  to  analysis  of  response  of 
an elastic beam supported on an elastic foundation  laterally  loaded  piles  is  essentially  a  modification 
(Hetenyi  1946),  which  is  represented  by  the  4th  (Horvath  1984)  of  the  basic  Winkler  model,  where 

    31
www.seipub.org/fge                                                               Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013 

p is the soil pressure per unit length of pile and y is  instrumented lateral load tests or adapt the existing 
the  pile  deflection.  The  soil  is  represented  by  a  available  standard  curves  for  use  in  untested 
series of nonlinear p‐y curves that vary with depth  conditions.‐    These  standard  curves  are  limited  to 
and  soil  type.    An  example  of  a  hypothetical  p‐y  the soil types in which they are developed, but not 
model  is  shown  in  Fig.  3.  The  method  is  semi‐ universal. 
empirical  in  nature  because  the  shape  of  the  p‐y 
3) Elastic Column Approach 
curves  is  determined  from  field  load  tests.  Reese 
(1977) has developed a number of empirical curves  Poulos  (1971  a,  b)  presented  the  first  systematic 
for  typical  soil  types  based  on  the  results  of  field  approach  to  analyze  the  behaviour  of  laterally 
measurements  on  fully  instrumented  piles.    The  loaded  piles  and  pile  groups  by  assuming  the  soil 
most  widely  used  analytical  expression  for  p‐y  as  a  homogeneous  elastic  continuum.  In  this 
curves  is  the  cubic  parabola,  represented  by  the  analysis, the soil is assumed to be a homogeneous, 
following equation.  isotropic,  semi‐infinite  elastic  material  which  is 
1 unaffected  by  presence  of  pile  and  also  the  soil  at 
p  y  3
 0.5  
 (2) the back of the pile near the surface adheres to the 
pult  y50 
where   p ult   Ultimate soil resistance per unit length of pile pile  (Poulos  et  al.  1980).  In  this  model  the  pile  is 
            y 50    Deflection at one ‐ half of the ultimate soil resistance assumed  to  be  a  thin  rectangular  vertical  strip 
The deflections, rotations, and bending moments in  divided  into  elements,  and  it  is  considered  that 
the pile are calculated by solving the beam bending  each  element  is  acted  upon  by  uniform  horizontal 
equation  using  finite  difference  or  finite  element  stresses  (Fig.  4)  which  are  related  to  the  element 
numerical  techniques.‐    The  pile  is  divided  into  a  displacements  through  the  integral  solution  of 
number of small increments and analysed using p‐ Mindlin’s  problem.  Finally,  the soil  pressures  over 
y  curves  to  represent  the  soil  resistance.  In  this  each  element  are  obtained  by  solving  the 
representation,  the  axial  load  in  the  pile,  Q,  is  differential  equation  of  equilibrium  of  a  beam 
implicitly assumed constant with depth, to simplify  element  on  a  continuous  soil  with  the  Finite 
computations. This assumption does not  adversely  Difference  Method  (FDM).  After  the  acquisition  of 
affect  the  analysis  because  Q  has  very  little    effect  the pressures, the displacements are found. 
on  the  deflection  and  bending  moment  (Reese 
1977). 

 
(A)                                                                     (B) 
FIG. 4 CONTINUUM MODEL FOR LATERALLY 

  LOADED PILE STRESSES ACTING ON (A) PILE 

FIG. 3 p‐y MODEL FOR LATERALLY LOADED PILES  (B) SOIL ADJACENT TO PILE 

The  method  outperforms  the  sub  grade  reaction  As  well  Novak  in  1974  presented  an  approximate 
approach  because  it  accounts  for  the  nonlinear  continuum  approach  to  account  for  soil‐pile 
behaviour  of  most  soils  without  the  numerical  interaction,  in  which  it  is  assumed  that  the 
limitations  inherent  in  the  sub  grade  reaction  homogeneous  soil  layer  is  composed  of  a  set  of 
approach.  However,  the  method  has  some  independent  horizontal  layers  of  infinitesimal 
limitations; such as the p‐y curves are independent  thickness,  extending  to  infinity.  As  each  plane  is 
of one another. Therefore, the continuous nature of  considered  independent,  this  model  may  be 
soil  along  the  length  of  the  pile  is  not  explicitly  viewed as a generalized Winkler model. The planes 
modelled.  The  acquisition  of  the  appropriate  p‐y  are  homogeneous,  isotropic,  and    linearly  elastic, 
curve is similar to the gain of the appropriate value  and    considered  to  be  in  a  plane  strain  state.  The 
of  Kh;  and  one  must  either  perform  full‐scale  researcher  presented  the  stiffness  constants  and 

32  
Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013                                                               www.seipub.org/fge

constants of equivalent viscous damping for single,  considering  the  nonlinear  behaviour  of  structure 

vertical  piles  in  the  form  of  tables  and  charts  in  and  soil;  and  the  potential  to  model  pile‐soil‐pile‐
which  he  gave  it  for  two  different  cases  like  a  structure interactions.  Time dependent results can 
constant  soil  shear  modulus  and  shear  modulus  be  obtained  and  more  intricate  conditions  such  as 
varies  with  depth  according  to  a  quadratic  battered  piles,  slopes,  excavations,  tie‐backs,  and 
parabola.  construction  sequencing  can  be  modelled.‐    The 
method  can  be  used  with  a  variety  of  soil  stress‐
Elastic  continuum  approach  was  used  by  Madhav 
strain  relationships,  and  is  suitable  to  analyze  pile 
and  Sarma  (1982)  to  study  the  behaviour  of 
group behaviour, as described in next Section. The 
overhang  pile  embedded  in  homogeneous  soil 
implementation of three‐dimensional finite element 
mass subjected to both axial and lateral loads. The 
analyses  requires  considerable engineering  time  to 
load  displacement  behaviour  was  found  to  be 
generate  input  and  interpret  results.    For  this 
dependent on magnitude of axial load and also on 
reason,  the  finite  element  method  has 
pile  and  soil  parameters  (height  of  overhang, 
predominately  been  used  for  research  on  pile 
relative  stiffness  of  pile  and  soil,  undrained  shear 
group behaviour, rarely for design. 
strength). 
Analytical Methods for Group Piles 
The Continuum model has the advantage that it is 
able  to  take  into  account  the  continuous  nature  of  Single  pile  analytical  techniques  are  not  sufficient  in 
soil,  the  semi‐infinite  dimension  of  the  half‐space,  themselves  to  analyse  piles  within  a  closely  spaced 
and  the  boundary  conditions  along  the  unloaded  group  because  of  pile‐soil‐pile  interactions  and 
ground  surface.  Although  yielding  of  soil  may  be  shadowing  effects.    Numerous  methods  have  been 
introduced by varying the soil elastic modulus, this  proposed over the last 40 years to evaluate the lateral 
approach does not permit to consider local yielding  resistance  of piles  within a  closely spaced  group.   All 
and  layered  soil.  One  of  the  biggest  limitations  of  those methods can be summarized and grouped under 
the  method  (in  addition  to  computational  the following four headings 
complexities)  is  the  difficulty  in  determining  an  1) Closed form analytical approaches 
appropriate soil modulus, Kh. 
2) Elastic Continuum Approach 
4) Finite Element Method 
3) Hybrid methods 
The finite element method is a numerical approach 
based on elastic continuum theory that can be used  4) Finite Element Method 
to  model  pile‐soil‐pile  interaction  by  considering  1) Closed form analytical approach 
the  soil  as  a  three‐dimensional,  quasi‐elastic 
Many  of  the  methods  in  this  category  combine 
continuum.    Finite  element  techniques  have  been 
empirical  modifying  factors  with  single‐pile 
used  to  analyse  complicated  loading  conditions  in 
analytical techniques. The oldest techniques simply 
which  the  soil  is  modelled  as  a  continuum.‐    Pile 
involve the application of a group efficiency factor 
displacements  and  stresses  are  evaluated  by 
to the coefficient of sub grade reaction.  Kim (1969) 
solving  the  classic  beam  bending  equation  using 
used  this  approach  to  model  the  soil  and  replaced 
one  of  the  standard  numerical  methods  such  as 
the  pile  with  an  equivalent  cantilever  beam.  
Galerkin,  Collocation,  or  Rayleigh‐Ritz.    Various 
Bogard  and  Matlock  (1983)  who  utilized  a  group 
types  of  elements  are  used  to  represent  the 
efficiency  factor  to  soften  the  soil  response  and 
different structural components. Interface elements 
modeled the pile group as an equivalent large pile 
are  often  used  to  model  the  soil‐pile  interface.‐  
by  means  of  a  group  efficiency  factor  concluded 
These  elements  provide  for  frictional  behaviour 
that  the  deflection  of  piles  in  a  group  is  related  to 
when there is contact between pile and soil, and do 
both  the  deflection  of  the  piles  acting  individually 
not  allow  transmittal  of  forces  across  the  interface 
and  the  deflection  of  the  large  equivalent  pile. 
when  the  pile  is  separated  from  the  soil  (Brown 
O’Neill  (1983),  Brown  and  Reese  (1985)  and  Reese 
and Shie 1991). 
and  Wang  (1997)  developed  empirical  analytical 
Salient  features  of  this  powerful  method  include  approach  called  the  p‐multiplier  approach  to 
the  ability  to  apply  any  combination  of  axial,  account  for  pile  group  shadowing  effects.  The  p‐y 
torsion,  and  lateral  loads;  the  capability  of  curve  is  softened  or  weakened  by  multiplying  the 

    33
www.seipub.org/fge                                                               Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013 

soil  resistance,  p,  by  a  reduction  factor,  fm.  This  double  Fourier  series.    The  cap  was  modeled  as  a 
method  is  combined  with  a  structural  matrix  thick rectangular block with patch loadings on the 
analysis package in the computer program GROUP.  top  and  bottom  faces.  They  concluded  that  this 
Novak  and  Janes  (1989)  developed  closed  form  method  of  structural  analysis  was  more  accurate 
expressions  to  evaluate  group  stiffness  and  than the truss analogy and beam methods. 
damping.  These  expressions  can  be  applied  to 
3) Hybrid Methods 
estimate  group  response  under  small 
displacements,  as  a  result  of  static  and  dynamic  These  methods  are  called  hybrid  because  they 
lateral  loads.  Ashour  et  al.  (1996)  developed  an  combine the nonlinear p‐y method with the elastic 
analytical  approach  (incorporated  into  the  continuum approach. p‐y curves are used to model 
computer  program  SWSG)  known  as  the  strain  the component of soil deflection that occurs close to 
wedge model to evaluate the response of piles and  individual  piles  (shadow  effect)  and  elastic 
pile groups. This model relates 1D beam on elastic  continuum  methods  are  used  to  approximate  the 
foundation  analysis  to  3D  soil  pile  interaction  effects  of  pile‐soil  interaction  in  the  less  highly 
response  and  is  based  on  the  deformation  of  soil  stressed soil further from the piles. Focht and Koch 
within  a  plastic  wedge  in  front  of  the  pile.  Plane  (1973)  developed  the  original  hybrid  procedure 
stress  conditions  are  assumed  within  the  wedge  that  uses  p‐y  curves  to  model  pile‐soil  interaction 
and group effects are quantified by considering the  and  Mindlin’s  equations  with  elasticity  based  α  ‐
overlap  of  passive  wedges  and  accompanying  factors  to  approximate  the  group  effects  of  pile‐
strains (Mokwa 1999).  soil‐pile‐interaction  and  presents  a  procedure  for 
including interaction effects of closely spaced piles 
2) Elastic Continuum Approach 
by applying y‐multipliers to single pile p‐y curves.  
Methods  that  fall  into  this  category  model  the  soil  Reese  et  al.  (1984)  modified  the  Focht‐Koch 
around  the  piles  as  a  three‐dimensional,  linearly  approach  by  using  solutions  from  p‐y  analyses  to 
elastic  continuum.  Mindlin’s  equations  for  a  estimate  elastic  deflections  where  load‐deflection 
homogenous, isotropic, semi‐infinite solid are used  behavior is linear. O’Neill et al. (1977) modified the 
to  calculate  deformations.    This  is  similar  to  the  Focht‐Koch  approach  by  adjusting  unit‐load 
single  pile  approach  except  that  elastic  interaction  transfer curves individually to account for stresses 
factors  are  incorporated  into  the  analyses.  These  induced  by  adjacent  piles.  Additional  hybrid 
factors  are  used  to  address  the  added  approaches  include  Garassino’s  (1994)  iterative 
displacements  and  rotations  of  a  pile  within  a  elasticity  method  and  Ooi  and  Duncan’s  (1994) 
group  caused  by  movements  of  adjacent  piles.  group  amplification  procedure.  Ooi  and  Duncan 
Poulos  (1971  a,  b)  modeled  pile‐soil  interactions  performed  a  parametric  study  of  pile  group 
using elastic continuum methods that consider the  response  using  the  Focht‐Koch  procedure.    A 
soil  to  act  as  a  3‐D,  linearly  elastic,  homogeneous,  method  is  developed  to  estimate  the  increased 
isotropic, semi‐infinite medium in which Mindlin’s  deflections  and  bending  moments  in  laterally 
equations  are  used.  Poulos  and  Davis  (1980)  loaded  piles  and  drilled  shafts  caused  by  group 
present  the  interaction  factors  that  account  for  interaction  effects.  Design  charts  and  equations 
additional  displacements  (αp)  and  rotations  (αθ)  in  were  developed  to  determine  deflections  and 
chart  form  for  various  conditions.  The  bending moments of closely spaced piles. 
displacement and rotations of any pile in the group 
4) Finite Element Method 
is  obtained  using  the  principle  of  superposition, 
which  implies  that  the  increase  in  displacement  of  The  analysis  of  group  piles  using  this  method  is 
a pile as all the surrounding piles can be calculated  carried out in the same way as described in single 
by  summing  the  increases  in  displacement  due  to  pile analysis. Desai et al. (1980) employing a much 
each  pile  in  turn  using  interaction  factors.  Ochoa  more  rigorous  approach  to  calculate  the  soil 
and  O’Neill  (1989)  presented  a  method  to  analyze  modulus  in  their  two‐dimensional  approach 
pile  groups  using  elasticity  theory  with  calculated  nonlinear  p‐y  curves  using  the  tangent 
experimentally determined interaction factors. Iyer  modulus, E, obtained from a modified form of the 
and Sam (1991) developed a method to estimate the  Ramberg‐Osgood  model.  Randolph  (1981) 
stresses in a 3‐pile cap using 3‐D elasticity solutions  performed  parametric  studies  using  finite  element 
expressed  in  terms  of  the  Galerkin  vector  and  methods  and  Poulos’s  elasticity  approach  to 

34  
Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013                                                               www.seipub.org/fge

develop  algebraic  equations  to  estimate  the  lateral  thickness is small and deformed as a rigid body at 

response  of  single  piles.  The  analysis  has  been  larger  thickness.  Rao  et  al.  (1996)  Performed 
extended  to  consider  pile  groups  by  developing  simplified  plain  strain  finite  element  analyses  to 
expressions  for  interaction  factors  for  closely  evaluate  group  efficiencies  for  various  pile 
spaced  piles.  The  solutions  are  simpler  than  spacing’s  and  geometric  arrangements.  The 
previous  continuum  methods  because  they  are  calculated  results  were  compared  with  those 
independent  of  the  embedment  length  of  the  pile.   obtained from 1g model tests. 
Randolph  reported  that  only  in  rare  cases  will  the 
length  of  the  pile  be  a  factor.  Tamura  et  al.  (1982)  Review and Discussions
performed  3‐D  finite  element  analyses  using  the 
The  presented  review  in  this  paper  shows  that  the 
hyperbolic  model  to  represent  the  stress‐stain 
research  on  “Soil  structure  interaction  analysis  of 
characteristics  of  the  soil.  Parametric  studies  were 
framed  structures  supported  on  pile  foundation”  has 
performed to evaluate group effects related to pile 
evolved in 1970’s in which the analysis was carried out 
spacing  and  quantity  of  piles.  It  has  been 
in  single  step  to  assess  the  effect  of  soil  structure 
concluded  that  pile  group  effects  increase  as  the 
interaction  on  the  response  of  structure  in  terms  of 
number of piles in the direction of load application 
changes  in  member  forces  and  settlements  but  the 
increases  and  as  pile  spacing  decreases.  It  was 
stiffness of pile cap was excluded from consideration. 
observed that the inner piles took a greater portion 
It  has  been  observed  that  pile  caps  provide 
of load and had larger group effects than the outer 
considerable  resistance  to  lateral  loads  on  deep 
piles.  Najjar  and  Zaman  (1988)  performed 
foundation systems. The missing of this resistance has 
nonlinear 3‐D finite element analyses to investigate 
resulted  in  excessive  estimates  of  pile  group 
the  effects  of  loading  sequence  and  soil 
deflections  and  bending  moments  under  load,  and 
nonlinearity  on  the  deformation  behavior  of  a  pile 
underestimates the foundation stiffness (Mokwa 1999). 
group.  The  behavior  of  the  pile  and  cap  was 
assumed  linear.  A  nonlinear  constitutive  model  After that hardly any work was reported on the same 
was  used  for  the  soil.    It  has  been  concluded  that  till  2000  when`  the SSI analysis  was  carried  out  using 
loading  sequence  and  soil  nonlinearity  can  successive  incremental  solution  scheme  to  study  the 
significantly affect the lateral and axial response of  interaction effect of a two storied single bay structure 
pile groups.  supported  on  pile  foundation.  But  in  this  analysis 
fixed  boundary  condition  is  assumed  and  also 
Brown  and  Shie  (1991)  performed  a  detailed  damping  terms  in  dynamic  equilibrium  equation  are 
parametric study using a 3‐D finite element model  neglected.  It  has  been  observed  that  under  cyclic 
to evaluate the combined effects of superposition of  loading the damping is increased in soils as number of 
elastic  strains  and  shadowing.    Two  constitutive  cycles  of  load  increases  and  the  missing  of  this  effect 
models  for  soil  were  used;  an  elastic‐plastic  either  in  linear  and  nonlinear  analysis  will  results  in 
constant  yield  strength  (Von  Mises  envelope)  for  response  which  is  totally  different  from  actual 
undrained  loading  of  saturated  clay,  and  an  response. 
extended  Drucker‐Prager  model  with  a 
nonassociated  flow  rule  was  used  for  sand.‐  Later in 2002 Yingcai studied dynamic analysis of tall 
Recommendations  were  developed  to  modify  p‐y  buildings  using  DYNAN  and  from  the  results  it  has 
curves (as a function of pile spacing) using p‐ and  been  concluded  that  the  seismic  behavior  of  a  tall 
y‐multipliers.  It  has  been  observed  that  these  building  supported  on  a  pile  foundation  is  different 
multipliers  vary  as  a  function  of  depth  and  soil  from that on a shallow foundation or a rigid base. The 
theoretical prediction for tall buildings fixed on a rigid 
type.  Rao  and  Ramakrishna  (1995)  analyzed  2‐pile 
base  without  soil‐structure  interaction  does  not 
and 3‐pile groups using 2 d finite element method 
represent  the  real seismic response,  since  the  stiffness 
with pile spacing varying from 3D to 8D and with 
is overestimated and the damping is underestimated  
cap thickness varying from 0.12 in to 0.60 in.  (The 
pile caps were not in contact with the soil).  It has  Also  in  2003  Lu  et  al.,  studied  the  influence  of 
been  concluded  that  the  lateral  resistance  of  a  pile  parameters such as soil property, rigidity of structure, 
group  depends  on  not  only  the  spacing  between  buried depth on SSI system by considering a 12 storey 
piles but also on the thickness of the pile cap.  The  frame  structure  supported  on  pile‐raft  foundation 
pile  cap  deforms  as  a  flexible  body  when  its  using ANSYS. In this study he did a dynamic analysis 

    35
www.seipub.org/fge                                                               Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013 

with a linear soil model, but under strong earthquake  effect  of  soil  structure  interaction  is  needed  to  be 
excitation,  structure  and  soil  adjacent  to  foundation  considered  under  the  influence  of  both  static  and 
work in plastic range, the neglection of this effect does  dynamic loading. 
not represent the real seismic response of structure.  
2.  Finite  element  method  has  found  to  be  very  useful 
Recently, from 2008 the SSI analysis of two bay single  method  to  study  the  soil  structure  interaction  effect 
storey  structure  was  carried  out  using  substructure  with  rigor.  In  fact,  the  technique  becomes  useful  to 
approach.  In  this  analysis  the  soil  was  modelled  as  incorporate  the  effect  of  material  nonlinearity, 
linearly  elastic  independent  springs  and  the  response  nonhomogeneity  and  interface  modeling  of  soil  and 
of structure was calculated by giving lateral load at the  foundation. 
top  of  the  frame  (Chore  2010).  More  recently  in  2012  3.  Although  some  attempts  have  been  made  to  study 
the SSI analysis of a four bay twelve story RCC frame  the  interaction  effect  of  framed  structures  supported 
was  done  by  using  discrete  finite  lement  method  on  pile  foundations,  still  a  detailed  analysis 
(NISA).  However,  in  this  soil  is  modeled  by  using  considering  the  nonlinear  soil  model  and  gap 
discrete springs and also a linear static analysis is done  separation  between  pile  and  soil  has  not  been 
by giving static equivalent of earthquake load (Deepa  addressed. 
et  al.,  2012).  It  has  been  observed  that  modelling  the 
4.  From  the  study  of  Chore  et  al.  2010  it  has  been 
soil  as  continuum  will  offer  more  passive  resistance 
observed that in spite of acquisition of accurate results 
thus  leading  to  larger  soil  stiffness.  So  the  neglection 
for  representing  soil  as  Winkler  spring,  the  effect  of 
of  this  continuous  nature  of  soil  will  give  results  far 
passive resistance of soil (which comes from full scale 
from reality. 
soil pile model) also plays a major role in the response 
Based  on  the  literature  pertaining  to  SSI  analysis  of  of system. 
framed structure supported on pile foundations it has 
been  observed  that  most  of  studies  reported  till  now  REFERENCES 
has  considered  the  marginal  effect  of  soil  structure  Ashour,  M.,  Pilling,  P.,  Norris,  G.,  and  Perez,  H. 
interaction  on  a  one  and  two  bay  single  storied  and  ʺDevelopment of a Strain Wedge Model Program for Pile 
two storied framed structures. As such, there is a need  Group  Interference  and  Pile  Cap  Contribution  Effects.ʺ 
to  evaluate  the  effect  of  SSI  on  the  response  of  high‐ Report  No.  CCEER‐94‐4,  Federal  Study  No.  F94TL16C, 
rise structure.  FHWA/CA/TL‐96/28,  Submitted  to  State  of  California 
Department  of  Transportation,  Department  of  Civil 
In  addition,  the  analysis  were  carried  out  as  static  Engineering, University of Nevada, Reno, 1996. 
analysis by the application of lateral load at the top of  Bogard,  D.,  and  Matlock,  H.  ʺProcedures  for  Analysis  of 
the  frame,  so  there  is  a  need  to  understand  the  Laterally Loaded Pile Groups in Soft Clay.ʺ’ Proceedings, 
dynamic  response  of  super  structure  by  considering  Specialty  Conf.  of  Geotechnical  Engineering  in  Offshore 
complex  behaviour  of  framed  structure  supported  on  Practice, ASCE, 499‐535, 1983. 
Boominathan,  A.  ʺSeismic  Site  Characterization  for  Nuclear 
pile foundations subjected to dynamic forces. 
Structures  and  Power  Plants.ʺ  Current  Science,  Vol.  87, 
Further,  soil  pile  structure  interaction  analysis  of  a  No. 10, Nov. 25, 2004. 
building with infill walls has not been studied. Under    Brown,  D.  A.,  and  Reese,  L.  C.  ʺBehavior  of  a  Large‐Scale 
Pile  Group  Subjected  to  Cyclic  Lateral  Loading.ʺ  Report 
lateral  loading, infill  wall imparts  considerable lateral 
to  the  Minerals  Management  Services,  U.S.  Dept.  of 
stiffness  to  the  structure,  hence  the  effect  of  the  same 
Interior,  Reston,  VA.  Dept.  of  Research,  FHWA, 
must be incorporated in the dynamic analysis.  Washington  DC  and  U.S.  Army  Engineer  Waterways 
Soil  pile  structure  interaction  analysis  has  not  been  Experiment Station, Vicksburg, Mississippi, 1985. 
Brown, D. A., and Shie, C. F. ʺModification of P‐Y Curves to 
studied by modelling the separation between pile and 
Account  for  Group  Effects  on  Laterally  Loaded  Piles.ʺ 
soil (Interface modelling) as well. 
Geotechnical Engineering Congress, (G.S.P. No. 27), 479‐
490, 1991. 
Conclusions Buragohain,  D.  N.  and  Shah,  V.  L.  ʺCurved  Interface 
The review of current state‐of‐the art of the modeling  Elements  for  Interaction  Problems.ʺ  Proc.  Int. 
of  frame  structures  supported  on  pile  foundations  Symposium on Soil‐Structure Interaction, Roorkee, India, 
197‐202, 1977. 
leads to the following broad conclusions.  
Cai, Y. X., Gould, P. L. and Desai, C. S. ʺNonlinear Analysis 
1. To accurately estimate the response of structure, the  of  3D  Seismic  Interaction  of  Soil‐Pile‐Structure  Systems 

36  
Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013                                                               www.seipub.org/fge

and  Application.ʺ  Engineering  Structures  22,  191‐199,  1991. 

2000.  Jaya,  V.,  Dodagoudar,  G.  R.  and  Boominathan,  A.  ʺSeismic 
Celebi,  M  and  Crouse,  C.  B.  ʺRecommendations  for  Soils  Soil  Structure  Interaction  Analysis  of  Ventilation  Stack 
Structure  Interaction  Instrumentation.ʺ  Prepared  for  Structure.ʺ  Indian  Geotechnical  Journal,  39(1),  116‐134, 
COSMOS  Workshop  on  Structural  Instrumentation,  2009. 
Emeryville, Ca. Nov 14‐15, 2001.  Kim,  J.  B.,  Kindia,  C.  H.,  and  Bhattacharya,  S.  ʺLateral 
Charles, W. W. Ng., Zhang, L. and Nip, D. C. N. ʺResponse  Stability  of  Pile  Groups.ʺ  69‐1,  Bucknell  University, 
of  laterally  Loaded  Large‐Diameter  Bored  Pile  Groups.ʺ  Lewisburg, PA, 1969. 
Journal  of  Geotechnical  and  Geoenvironmental  Lu, X., Chen, B., Li, P., and Chen, Y.  ʺNumerical Analysis of 
Engineering, Vol. 127, No. 8, August, 2001.  Tall  Buildings  Considering  Dynamic  Soil‐Structure 
Chore,  H.  S.  and  Ingle,  R.  K.  ʺInteraction  Analysis  of  Interaction.ʺ J. Asian Archit. Build., 2(1), 1‐8, 2003.  
Building  Frame  Supported  On  Pile  Group.ʺ  Indian  Madhav, M. R. and Sarma, C. R. K. ʺAnalysis of Axially and 
Geotech. Journal, 38(4), 483‐501, 2008 a.  Laterally  Loaded  Long  Piles.ʺ  Proceedings  2nd 
Chore, H. S. and Ingle, R.K. ʺInteractive Analysis of Building  International  Conference  on  offshore  Pilings,  Austin, 
Frame  Supported  on  Pile  Group  Using  Simplified  F.E.  Texas, 577‐596, 1982. 
model.ʺ  Journal  of  Structural  Engineering,  SERC,  34(6),  Maheshwari,  B.  K.,  Truman,  K.  Z.,  El  Naggar,  M.  H.  and 
460‐464, 2008b.  Gould,  P. L.  ʺThree  Dimensional  Nonlinear Analysis  for 
Chore, H. S., Ingle, R. K. and Sawant, V. A. ʺBuilding Frame‐ Seismic  Soil‐Pile‐Structure  Interaction.ʺ  Soil  Dynamics 
Pile  Foundation‐Soil  Interaction  Analysis.ʺ  Interaction  and Earthquake Engineering 24, 343‐356, 2004.  
and Multi scale Mechanics, Vol. 2, No. 4, 397‐411, 2009.  McClelland,  B.,  and  Focht,  J.  A.  ʺSoil  Modulus  for  Laterally 
Chore, H. S., Ingle, R. K. and Sawant, V. A. ʺBuilding Frame‐ Loaded  Piles.ʺ  Journal  of  the  Soil  Mechanics  and 
Pile  Foundation‐Soil  Interaction  Analysis:  A  Parametric  Foundation Division, Proceedings Paper (101), 1049‐1063, 
Study.ʺ Interaction and Multi Scale Mechanics, Vol. 3, No.  1956. 
1, 55‐79, 2010.   Mokwa, R. L. ʺInvestigation of the Resistance of Pile Caps to 
Deepa  B.  S.,  Nandakumar  C.G.,  ʺSeismic  Soil  Structure  Lateral  Loading.ʺ  Ph.D.  Dissertation,  Virginia 
Interaction  Studies  on  Multistorey  Frames.ʺ   Polytechnic  Institute  and  State  University,  Civil  and 
International  Journal  of  Applied  Engineering  Research  Environmental Engineering Department, September, pp. 
and Development, Vol.2, Issue 1, 45‐58, Mar 2012.  383, 1999. 
Desai, C. S., and Kuppusamy, T. ʺApplication of a Numerical  Najjar, Y. M., and Zaman, M. M. ʺEffect of Loading Sequence 
Procedure for Laterally Loaded Structures.ʺ Institution of  and Soil Non‐Linearity on the Response of a Pile Group 
Civil  Engineers  (ICE).  Numerical  Methods  in  Offshore  Foundation  Using  a  Three‐Dimensional  Finite  Element 
Piling, London, 93 ‐ 99, 1980.  Analysis.ʺ  Numerical  Methods  in  Geomechanics, 
Desai,  C.  S.  Kuppusamy,  T.  and  Allameddine,  A.  R.  ʺPile  Innsbruck, 1127‐1135, 1988. 
Cap‐  Pile  Group‐  Soil  Interaction.ʺ  Journal  of  Structural  Novak,  M.  ʺDynamic  Stiffness  and  Damping  of  Piles.ʺ 
Division, ASCE, 107 (5), 817‐834, 1981.  Canadian  Geotechnical  Journal,  Vol.  11,  NRC  Research 
Focht, J. A., and Koch, K. J. ʺRational Analysis of the Lateral  Press, 574‐598, 1974. 
Performance  of  Offshore  Pile  Groups.ʺ  Fifth  Annual  Novak,  M.,  and  Janes,  M.  ʺDynamic  and  Static  Response  of 
Offshore  Technology  Conference,  Houston,  Texas,  701‐ Pile Groups.ʺ XII ICSMFE, 1175‐1178, 1989. 
708, 1973.  Ochoa,  M.,  and  OʹNeill,  W.  ʺLateral  Pile  Interaction  Factors 
Garassino,  A.  ʺSome  Developments  on  Laterally  Loaded  in  Submerged  Sand.ʺ  Journal  of  Geotechnical 
Piles  with  Particular  Reference  to  P‐Y  Sub  Grade  Engineering, ASCE, 115(3), 359‐378, 1989. 
Reaction  Method.ʺ  Proceedings  of  the  4th  International  OʹNeill,  M.  W.,  Ghazzaly,  O.  I.,  and  Ha,  H.  B.  ʺAnalysis  of 
Conference  on  Piling  and  Deep  Foundations,  A.A.  Three‐Dimensional  Pile  Groups  with  Non‐Linear  Soil 
Balkema, Rotterdam, The Netherlands, 759‐770, 1994.  Response  and  Pile‐Soil‐Pile  Interaction.ʺ  Proceedings  of 
Hetenyi,  M.  ʺBeams  on  Elastic  Foundation.ʺ  The  University  the  9th  Offshore  Technology  Conference,  Vol.  II, 
of Michigan Press, Ann Arbor, Michigan, 1946.  Houston, TX, 1977. 
Horvath,  J.  S.  ʺSimpified  Elastic  Continuum  Applied  to  the  OʹNeill,  M.  W.  ʺGroup  Action  in  Offshore  Piles.ʺ  Proc. 
Laterally Loaded Pile Problem ‐ Part 1: Theory.ʺ Laterally  Specialty  Conference  on  Geotechnical  Eng.  in  Offshore 
Loaded  Deep  Foundations:  Analysis  and  Performance,  Practice, ASCE, Houston, TX, 25‐64, 1983. 
American  Society  for  Testing  and  Materials,  112‐121,  Ooi,  P.  S.,  and  Duncan,  J.  M.  ʺLateral  Load  Analysis  of 
1984.  Groups  of  Piles  and  Drilled  Shafts.ʺ  Journal  of 
Ingle,  R.  K.  and  Chore,  H.  S.  ʺSoil‐Structure  Interaction  Geotechnical Engineering, ASCE, 120(6), 1034‐1050, 1994. 
Analysis  of  Building  Frames:  An  Overview.ʺ  Journal  of  Poulos, H. G. ʺBehavior of Laterally Loaded Piles: I – Single 
Structural  Engineering,  Vol.  34,  No.  5,  Dec‐Jan  08,  pp.  Piles.ʺ  Journal  of  Soil  Mechanics  and  Foundation 
360‐368, 2007.  Division, ASCE, Vol. 97 (SM5), 711‐731, 1971 a. 
Iyer,  P.  K.,  and  Sam,  C.  ʺ3‐D  Elastic  Analysis  of  Three‐Pile  Poulos,  H.  G.  ʺBehavior  of  Laterally  Loaded  Piles:  Part  II  ‐ 
caps.ʺ Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 117(12),  Group  Piles.ʺ  Journal  of  the  Soil  Mechanics  and 

    37
www.seipub.org/fge                                                               Frontier in Geotechnical Engineering (FGE) Volume 2 Issue 2, June 2013 

Foundations Division, ASCE ,97(SM5), 733‐751, 1971 b.  Pradeep  K.  Ramancharla  worked  in 

Poulos,  H.  G.  and  Davis,  E.  H.  ʺPile  Foundation  Analysis  L&T‐ECC for about a year (1997‐98) and 
and Design.ʺ Rainbow‐Bridge Book Co., 554786, 1980.  went  to  Tokyo,  Japan  for  pursuing 
Prakash,  S.,  and  Sharma,  H.  D.  ʺPile  Foundations  in  Ph.D. After receiving degree, he worked 
Engineering  Practice.ʺ  John  Wiley  and  Sons,  New  York,  as  a  post‐doctoral  research  fellow  for 
1990.  one  year  (2001‐02).  He  joined  IIIT 
Randolph,  M.  F.  ʺThe  Response  of  Flexible  Piles  to  Lateral  Hyderabad  in  September  2002  and 
Loading.ʺ Geotechnique, 31(2), 247‐259, 1981.  started  Earthquake  Engineering 
Rao, S. N. and Ramakrishna, V.G.S.T. ʺAnalysis of Laterally  Research  Centre  (EERC).  He  was  also  instrumental  in 
Loaded  Pile  Groups  in  Clay.ʺ  5th  Int.  Conf.  on  Offshore  initiating  graduate  program  on  Computer  Aided  Structural 
and Polar Engg., Vol.1, 1995.  Engineering (CASE) at IIIT Hyderabad. 
Rao, S. N., Ramakrishna, V. G., and Raju, G. B. ʺBehavior of 
Dr.  Ramancharla  research  interests  are;  i)  macroseismo‐
Pile‐Supported  Dolphins  in  Marine  Clay  under  Lateral 
tectonics  of  Indian  plate,  ii)  large  deformation  analysis  of 
Loading.ʺ  Journal  of  Geotechnical  Engineering,  ASCE, 
faults,  iii)  non‐linear  structural  response  &  damage 
122(8), 607‐612, 1996.  
estimation,  iv)  health  diagnosis  of  historical  and  critical 
Reese,  L.  C.,  and  Allen,  J.  D.  ʺDrilled  Shaft  Design  and 
structures,  v)  sustainable  construction  technologies  (with 
Construction  Guidelines  Manual,  Vol.2.  Structural 
local  &  natural  materials)  and  v)  capacity  building  on 
Analysis  and  Design  for  Lateral  Loading.ʺ  U.S. 
disaster  safety.  In  addition  to  the  above,  Dr.  Ramancharla 
Department  of  Transportation,  FHWA,  Office  of 
has  keen  interest  in  research  on  humanities  and  human 
Research and Development, 1977. 
values. 
Reese, L. C., Cooley, L. A., and Radhakrishnan, N.  ʺLaterally 
Loaded  Piles  and  Computer  Program  COM624G.ʺ  Dr.  Ramancharla  is  a  member  of  a  few  committees  at  both 
Technical  Report  K‐84‐2,  U.S.  Army  Engineer  Division,  state and national level. He is a member of Post Earthquake 
Lower Mississippi Valley, Vicksburg, MS, 1984.  Reconnaissance Team (PERT) of NDMA, GoI. As a member 
Reese,  L.  C.,  and  Wang,  S.  T.  ʺLPILE  Plus  3.0  Technical  of  expert  committee  of  NDMA;  in  addition,  he  has 
Manual  of  Documentation  of  Computer  Program.ʺ  contributed  to  the  preparation  of  National  Disaster 
Ensoft, Inc., Austin, Texas, 1997.  Management  Policy  and  Guidelines  for  Earthquakes  and 
Reese,  L.  C.,  Wang,  S.  T.,  Arrellaga,  J.  A.  and  Hendrix,  J.  Tsunamis  as  well  as  to  the  preparation  of  policy  for 
ʺLPILE  (1997)  A  Program  for  the  Analysis  of  Piles  and  restructuring  of  Fire  and  Emergency  Services  Department, 
Drilled  Shafts  under  Lateral  Loads.ʺ  ENSOFT,  Inc.,  Govt  of  AP.  He  is  also  a  member  of  expert  committees  on 
Houston, TX, 1997.  Disaster  Mitigation  of  Cyclones  and  Urban  Floods.  He  is 
Tamura,  A.,  Sunami,  S.,  Ozawa,  Y.,  and  Murakami,  S. 
currently a BIS panel member of IS 456 & IS 1343 (CED2) and 
ʺReduction  in  Horizontal  Bearing  Capacity  of  Pile 
also  a  member  of  National  Building  Code  of  India  (CED 
Group.ʺ  Proceedings  of  the  Fourth  International 
46:P16). 
Conference  on  Numerical  Methods  in  Geomechanics, 
Edmonton, Canada, 865‐874, 1982.  Sushma Pulikanti masters in Computer 
Vivek,  G.,  and  Hora,  M.  S.  ʺA  Review  on  Interaction  Aided  Structural  Engineering,  IIIT 
Behaviour  of  Structure‐Foundation‐Soil  System.ʺ  Hyderabad  (2003‐05).  Currently 
International  Journal  of  Engineering  Research  and  pusuing  Ph  D  in  Earthquake 
Applications, Vol. 2, Issue 6, November‐ December, 639‐ Engineering  at  Earthquake  engineering 
644, 2012.  Research  Center,    IIIT  H,  Hyderabad, 
Wang, S. T. and Reese, L. C. ʺCOM624 Laterally Loaded Pile  India. 
Analysis  Program  for  the  Microcomputer.ʺ  FHWA‐SA‐
The  main  objective  of  the Ph  D  work  is  to contribute  to  the 
91‐048, Computer Program Documentation, 1993. 
understanding of the seismic performance of superstructure 
Wegner, J. L., Yao, M. M. and Bhullar, S.K. ʺDynamic Wave 
considering  the  complex  dynamic  interaction  among 
Soils  Structure  Interaction  Analysis  of  a  Two  Way 
Asymmetric  Building  System  DSSIA‐3D.ʺ  Journal  of  superstructure,  the  pile  foundation  and  the  soil.  For  this 
Engineering and Technology Research, Vol. 1(2), 026‐038,  purpose a numerical model has been developed using Finite 
2009.  Element  Method  with  primary  focus  on  the  understanding 
Yingcai,  H.  “Seismic  Response of Tall  Building  Considering  of  the  behaviour  of  superstructure  by  modeling  the 
Soil‐Pile‐Structure  Interaction”,  Earthquake  Engineering  nonlinearities of soil and the interface between soil and pile. 
and  Engineering  Vibration,  Article  ID:  1671‐3664  (2002)  She  has  worked  as  Teaching  Assistant  for  courses  like 
01‐0057‐08, June, 2002.  Earthquake  Engineering,  Advanced  Structural  Analysis, 
Zhang,  C.  and  wolf,  J.  P.  ʺDynamic  Soil‐Structure  Geotechnical  Earthquake  Engineering,  Foundation 
Interaction.ʺ Elsevier, Sep, 1998.  Engineering and Design. 
 

38