El diseño y la evaluación de elementos de hormigón normalmente se realizan a nivel de sección (elemento 1D) o de punto (elemento 2D). Este procedimiento se describe en todas las normativas de diseño estructural, por ejemplo, en (EN 1992-1-1 o ACI 318-19), y se utiliza en la práctica habitual de la ingeniería estructural. Sin embargo, no siempre se conoce o se respeta que el procedimiento solo es aceptable en zonas donde se aplica la hipótesis de Bernoulli-Navier de distribución plana de deformaciones (denominadas regiones B). Los lugares donde esta hipótesis no se aplica se denominan regiones de discontinuidad o regiones perturbadas (regiones D). En la (Fig. 1) se muestran ejemplos de regiones B y D de elementos 1D. Estas son, por ejemplo, zonas de apoyo, partes donde se aplican cargas concentradas, ubicaciones donde se produce un cambio brusco en la sección transversal, aberturas, etc. Al diseñar estructuras de hormigón, nos encontramos con muchas otras regiones D, como muros, diafragmas de puentes, ménsulas, etc.
En el pasado, se utilizaban reglas de diseño semiempíricas para dimensionar las regiones de discontinuidad. Afortunadamente, estas reglas han sido en gran parte sustituidas en las últimas décadas por los modelos de biela y tirante (Schlaich et al., 1987) y los campos de tensiones (Marti 1985), que están presentes en las normativas de diseño actuales y son utilizados con frecuencia por los proyectistas hoy en día. Estos modelos son herramientas mecánicamente consistentes y potentes. Cabe señalar que los campos de tensiones pueden ser, en general, continuos o discontinuos, y que los modelos de biela y tirante son un caso especial de campos de tensiones discontinuos.
A pesar de la evolución de las herramientas computacionales en las últimas décadas, los modelos de biela y tirante todavía se utilizan esencialmente como cálculos manuales. Su aplicación en estructuras reales es tediosa y consume mucho tiempo, ya que se requieren iteraciones y deben considerarse varios casos de carga. Además, este método no es adecuado para verificar los criterios de servicio (deformaciones, ancho de fisuras, etc.).
El interés de los ingenieros estructurales por disponer de una herramienta fiable y rápida para diseñar regiones D llevó a la decisión de desarrollar el nuevo Método del Campo de Tensiones Compatible, un método de diseño de campos de tensiones asistido por ordenador que permite el diseño y la evaluación automáticos de elementos de hormigón estructural sometidos a cargas en el plano.
El Método del Campo de Tensiones Compatible (CSFM) es un método de análisis de campos de tensiones continuo basado en elementos finitos, en el que las soluciones clásicas de campos de tensiones se complementan con consideraciones cinemáticas, es decir, se evalúa el estado de deformación en toda la estructura. Por lo tanto, la resistencia a compresión efectiva del hormigón puede calcularse automáticamente en función del estado de deformación transversal, de manera similar a como se hace en los análisis de campos de compresión que tienen en cuenta el ablandamiento a compresión (Vecchio and Collins 1986; Kaufmann and Marti 1998) y el método EPSF (Fernández Ruiz and Muttoni 2007). Además, el CSFM considera la rigidización a tracción, proporcionando rigideces realistas a los elementos, y cubre todas las prescripciones de las normativas de diseño (incluidos los aspectos de servicio y de capacidad de deformación) que no se abordaban de forma consistente en los enfoques anteriores. El CSFM utiliza las leyes constitutivas uniaxiales habituales proporcionadas por las normativas de diseño para el hormigón y la armadura. Estas se conocen en la fase de diseño, lo que permite utilizar el método de los coeficientes parciales de seguridad. Por lo tanto, los proyectistas no tienen que proporcionar propiedades de material adicionales, a menudo arbitrarias, como las que suelen requerirse para los análisis no lineales por elementos finitos, lo que hace que el método sea perfectamente adecuado para la práctica de la ingeniería.
Para fomentar el uso de campos de tensiones asistidos por ordenador por parte de los ingenieros estructurales, estos métodos deben implementarse en entornos de software fáciles de usar. Con este fin, el CSFM se ha implementado en IDEA StatiCa Detail; un nuevo software comercial fácil de usar desarrollado conjuntamente por la ETH de Zúrich y la empresa de software IDEA StatiCa en el marco del proyecto DR-Design Eurostars-10571.