Ketentuan hubungan regangan-tegangan dengan beban batas/terfaktor pada penampang persegi empat dengan tulangan tunggal adalah sperti gambar 1. Kekuatan maksimum pada serat beton dicapai bila regangan pada serat beton sama dengan regangan hancur εe beton sebesar 0.003. Pada kondisi terjadinya regangan hancur, regangan dalam baja tulangan As dapat lebih kecil atau lebih besar dari regangan batas baja tulangan, bergantung pada luas tulangan baja. Untuk tulangan tarik yang dipasang berakibat tulangan akan leleh terlebih dahulu sebelum keruntuhan beton (keruntuhan daktail atau tulangan lemah), maka SNI 03 - 2847 - 2002 membatasi jumlah tulangan tarik untuk menjamin terjadi keruntuhan daktail.
Diagram non-linear tegangan pada penampang seperti pada gambar 1. mempunyai tegangan maksimum lebih kecil fc', yaitu kfc'. jika tegangan rata-rata penampang beton untuk lebar balok yang konstan kk1 fc' dan jarak titik tangkap relustante gaya dalam beton Cc adalah k1c, maka besarnya gaya tangkap beton tertekan :
Cc = k k1 fc' c b
Untuk kondisi Daktail, gaya tarik Tu adalah :
Ta = As fy
Persyaratan kesetimbangan gaya menghendaki Cc = Ta, yaitu :
k k1 fc' c b = Ta = As fy , sehingga c = As f / k k1 fc' by
Dari kesetimbangan momen, kekuatan lentur nominal dapat dinyatakan sebagai :
Mnd = Taz = Ta(d - k2c) = As fy (d - k2c)
Maka diperoleh :
Kekuatan momen lentur nominal Mnd penampang dapat diketahui jika nilai k2/kk1 diketahui. Dari hasil pengujian laboratorium nilai ini berkisar antara 0.55 - 0.63 dan pada kondisi runtuh regangan tekan batas beton εe = 0.003 seperti ditetapkan dalam SNI - 03 2847 - 2002.
Metode perancangan kuat beban terfaktor atau kekuatan batas pada elemen lentur mempunyai anggapan-anggapan seperti tercantum pada SNI 03-2847-2002:
- Regangan pada baja dan beton berbanding lurus dengan jaraknya dari sumbu netral. Anggapan ini sesuai hipotesis bernouli dan asas navier : Penampang yang rata akan tetap rata setelah mengalami lentur.
- Regangan pada serat beton terluar Ɛc adalah 0.003.
- Tegangan yang terjadi pada baja fs sama dengan regangan yang terjadi Ɛs dikali modulus elastisitas Es, jika tegangan itu lebih kecil dari tegangan leleh baja fy. Sebaliknya jika tegangan fs ≥ fy, maka tegangan rencana ditetapkan maksimum sama dengan tegangan lelehnya (SNI 03-2847-2002).
- Kuat Tarik beton diabaikan. Seluruh gaya Tarik dipikul oleh tulangan baja yang tertarik. Distribusi tegangan tekan beton dapat dinyatakan sebagai blok ekivalen segi empat dan memenuhi ketentuan:
- Tegangan beton sebesar 0,85 fc’ terdistribusi merata pada daerah tekan ekivalen yang dibatasi oleh tepi penampang dan garis lurus yang sejajar dengan sumbu netral dan berjarak a dari serat yang mengalami regangan 0.003, dengan a = β1c (SNI 03 – 2847 – 2002)
- Besaran c adalah jarak dari serat yang mengalami regangan tekan maksimum 0.003 ke sumbu netral dalam arah tegak lurus terhadap sumbu itu. (SNI 03-2847-2002)
- Faktor β1 nilainya sebesar 0,85 untuk mutu beton fc’ hingga 30 MPa. Jika lebih maka nilai β1 yang semula sebesar 0.85 direduksi 0.008 bagi setiap kelebihan tegangan 1 MPa; namun tidak boleh kurang dari 0,65 (SNI 03-2847-2002)
Anggapan 4a menunjukan bahwa distribusi tegangan tekan pada beton tidak lagi berbentuk parabola, melainkan sudah diekivalenkan menjadi prisma segi empat. Bentuk distribusi ini tidak mempengaruhi besarnya gaya tekan, mengingat arah, letak dan besarnya gaya tekan tidak berubah. Perubahan yang dilakukan adalah cara menghitung besarnya gaya tekan menggunakan blok persegi empat ekivalen (Gambar 2).
Gambar 2. Perubahan diagram tegangan parabolic ke blok tegangan ekivalen
Dari gambar 2 besarnya momen nominal penampang menggunakan blok tegangan ekivalen adalah:
a = β1c
Cc = 0.85 fc’ a b
Ta = As fy
Dengan syarat kesetimbangan Cc = Ta, diperoleh :
Mengetahui dimensi, kualitas bahan dan jumlah tulangan yang terpasang, kekuatan nominal kapasitas penampang Mnk dapat dicari dari kesetimbangan momen:
