Le dimensionnement et la vérification des éléments en béton s'effectuent normalement au niveau de la section (élément 1D) ou du point (élément 2D). Cette procédure est décrite dans toutes les normes de dimensionnement structurel, par exemple dans (EN 1992-1-1 ou ACI 318-19), et elle est utilisée dans la pratique quotidienne de l'ingénierie structurelle. Cependant, il n'est pas toujours su ou respecté que cette procédure n'est acceptable que dans les zones où l'hypothèse de Bernoulli-Navier de distribution plane des déformations s'applique (appelées régions B). Les endroits où cette hypothèse ne s'applique pas sont appelés régions de discontinuité ou régions perturbées (régions D). Des exemples de régions B et D d'éléments 1D sont donnés à la (Fig. 1). Il s'agit, par exemple, des zones d'appui, des parties où des charges concentrées sont appliquées, des endroits où un changement brusque de section se produit, des ouvertures, etc. Lors du dimensionnement des structures en béton, on rencontre de nombreuses autres régions D telles que les voiles, les diaphragmes de ponts, les corbeaux, etc.
Par le passé, des règles de dimensionnement semi-empiriques étaient utilisées pour dimensionner les régions de discontinuité. Heureusement, ces règles ont été largement remplacées au cours des dernières décennies par les modèles bielle-et-tirant (Schlaich et al., 1987) et les champs de contraintes (Marti 1985), qui figurent dans les codes de dimensionnement actuels et sont fréquemment utilisés par les ingénieurs aujourd'hui. Ces modèles sont des outils mécaniquement cohérents et puissants. Notez que les champs de contraintes peuvent généralement être continus ou discontinus, et que les modèles bielle-et-tirant constituent un cas particulier de champs de contraintes discontinus.
Malgré l'évolution des outils de calcul au cours des dernières décennies, les modèles bielle-et-tirant sont toujours essentiellement utilisés sous forme de calculs manuels. Leur application aux structures réelles est fastidieuse et chronophage, car des itérations sont nécessaires et plusieurs cas de charge doivent être pris en compte. De plus, cette méthode n'est pas adaptée à la vérification des critères de service (déformations, ouvertures de fissures, etc.).
L'intérêt des ingénieurs structure pour un outil fiable et rapide permettant de dimensionner les régions D a conduit à la décision de développer la nouvelle Méthode du Champ de Contraintes Compatible, une méthode de conception assistée par ordinateur des champs de contraintes qui permet le dimensionnement et la vérification automatiques des éléments en béton structurel soumis à un chargement dans leur plan.
La Méthode du Champ de Contraintes Compatible (CSFM) est une méthode continue d'analyse des champs de contraintes basée sur les éléments finis, dans laquelle les solutions classiques de champs de contraintes sont complétées par des considérations cinématiques, c'est-à-dire que l'état de déformation est évalué dans toute la structure. Ainsi, la résistance effective en compression du béton peut être calculée automatiquement en fonction de l'état de déformation transversale, de manière similaire aux analyses de champ de compression qui tiennent compte de l'adoucissement en compression (Vecchio and Collins 1986 ; Kaufmann and Marti 1998) et à la méthode EPSF (Fernández Ruiz and Muttoni 2007). De plus, la CSFM tient compte du raidissement en traction, fournissant des rigidités réalistes aux éléments, et couvre l'ensemble des prescriptions des codes de dimensionnement (y compris les aspects liés à l'aptitude au service et à la capacité de déformation) qui n'étaient pas traités de manière cohérente par les approches précédentes. La CSFM utilise les lois de comportement uniaxiales courantes fournies par les normes de dimensionnement pour le béton et les armatures. Celles-ci sont connues dès la phase de dimensionnement, ce qui permet d'utiliser la méthode des coefficients partiels de sécurité. Ainsi, les ingénieurs n'ont pas à fournir de propriétés de matériaux supplémentaires, souvent arbitraires, comme celles habituellement requises pour les analyses non linéaires par éléments finis, ce qui rend cette méthode parfaitement adaptée à la pratique de l'ingénierie.
Pour favoriser l'utilisation des champs de contraintes assistés par ordinateur par les ingénieurs structure, ces méthodes devraient être mises en œuvre dans des environnements logiciels conviviaux. À cette fin, la CSFM a été implémentée dans IDEA StatiCa Detail ; un nouveau logiciel commercial convivial développé conjointement par l'ETH Zurich et la société de logiciels IDEA StatiCa dans le cadre du projet DR-Design Eurostars-10571.