4.3. Cutele#
Intuiție
Împinge un covor de la o margine: se încrețește. Crestele sunt anticlinale, văile sunt sinclinale. Stratele unei regiuni cutate au fost cândva orizontale; forma lor de acum arată din ce parte și cât de tare a venit împingerea.
Cutele sunt ondulații ale stratelor produse prin deformare plastică, fără întreruperea continuității lor. Ele se formează la adâncimi mari, la temperaturi și presiuni ridicate, sau în roci cu comportare ductilă chiar la suprafață (argile, marne, evaporite), sub acțiunea unor tensiuni orizontale de compresiune; au dimensiuni de la câțiva milimetri (microcute în șisturi) până la zeci de kilometri (cutele Carpaților). Elementele geometrice ale unei cute sunt (Figura 4.3a) (Davis et al., 2012, Fossen, 2016):
flancurile: părțile laterale, aproximativ plane, ale cutei;
șarniera: zona de curbură maximă a unui strat, în care flancurile se unesc; punctele de curbură maximă ale unui strat formează linia de șarnieră;
axa cutei: linia dreaptă care, deplasată paralel cu ea însăși, generează suprafața cutată; în cutele cilindrice coincide cu linia de șarnieră. Axa poate fi orizontală sau înclinată (cută cu axă plonjantă);
planul (suprafața) axial: suprafața care unește liniile de șarnieră ale tuturor stratelor cutei și împarte cuta, aproximativ, în două jumătăți; intersecția lui cu suprafața terenului este urma planului axial;
nucleul cutei: partea centrală, cuprinsă între flancuri;
amplitudinea și lungimea de undă, prin analogie cu o undă, măsoară dimensiunile cutei.
Figura 4.3 Cutele: (a) elementele unui anticlinal și ale unui sinclinal în secțiune transversală (perpendiculară pe axă); (b)–(e) clasificarea după poziția planului axial: cută dreaptă, înclinată, răsturnată și culcată.#
După forma și poziția stratelor, cutele se clasifică în:
anticlinal: cută cu convexitatea în sus, în al cărei nucleu apar stratele cele mai vechi; sinclinal: cută cu concavitatea în sus, cu stratele cele mai noi în nucleu. Când vârsta stratelor nu este cunoscută, se folosesc termenii geometrici antiformă și sinformă. O succesiune de anticlinale și sinclinale formează un sistem de cute; ansamblurile de mare amploare, cu numeroase cute secundare, se numesc anticlinoriu și sinclinoriu;
după poziția planului axial (Figura 4.3b–e): cute drepte (plan axial vertical, flancuri simetrice), cute înclinate (plan axial înclinat, flancuri cu înclinări diferite: cute asimetrice), cute răsturnate (plan axial înclinat, cu un flanc răsturnat, adică înclinând în același sens cu celălalt) și cute culcate (plan axial aproape orizontal). Clasificarea cantitativă propusă de Fleuty (1964), larg folosită, combină înclinarea planului axial (cută dreaptă 80–90\(^\circ\), puternic înclinată 60–80\(^\circ\), moderat înclinată 30–60\(^\circ\), slab înclinată 10–30\(^\circ\), culcată 0–10\(^\circ\)) cu unghiul dintre flancuri (cută largă 180–120\(^\circ\), deschisă 120–70\(^\circ\), închisă 70–30\(^\circ\), strânsă 30–0\(^\circ\), izoclinală, cu flancuri paralele);
după poziția relativă a flancurilor, în secțiune transversală: cute normale (flancurile anticlinalului înclină în sensuri divergente, iar ale sinclinalului în sensuri convergente), cute izoclinale (flancurile sunt paralele) și cute în evantai (ambele flancuri sunt răsturnate: flancurile anticlinalului înclină convergent, iar ale sinclinalului divergent, astfel încât cuta este mai largă în zona șarnierei decât la bază);
după forma în plan a suprafeței cutate: brahianticlinale și brahisinclinale (cute scurte, cu contur eliptic), domuri și cuvete (contur aproximativ circular) – forme frecvente în Depresiunea Transilvaniei, unde domurile cu gaz metan sunt exemplul clasic (Mutihac, 1990);
după raportul dintre grosimea stratelor pe flancuri și în șarnieră: cute paralele (concentrice), în care grosimea stratelor se păstrează, și cute similare, în care stratele sunt îngroșate în șarnieră și subțiate pe flancuri, prin curgerea materialului; cutele similare sunt tipice pentru rocile ductile și pentru șisturile cristaline.
Atunci când deformarea continuă după ce cuta a devenit răsturnată, flancul invers, laminat și subțiat, se rupe, iar cuta trece într-o cută-falie: compartimentul cu anticlinalul încalecă peste sinclinal în lungul unei suprafețe de rupere înclinate. Cutele-falii sunt treapta intermediară către încălecări și pânze tectonice (Secțiunea 4.4.3) și sunt foarte frecvente în flișul Carpaților Orientali și în zona Subcarpaților (Săndulescu, 1984).
Un caz aparte îl reprezintă cutele diapire. Sarea gemă (Secțiunea 3.1.3) are densitate mai mică (aproximativ 2,2 g/cm\(^3\)) decât rocile care o acoperă și, fiind ductilă, curge sub greutatea acestora: masa de sare străpunge stratele acoperitoare, le ridică și le înclină, formând un diapir (sâmbure de străpungere). În Subcarpații de Curbură și în Depresiunea Transilvaniei, diapirele de sare miocenă ajung până la suprafață (Slănic Prahova, Ocnele Mari, Praid, Turda) sau rămân acoperite; ele generează probleme specifice pentru construcții: carst salin, prăbușiri deasupra vechilor ocne, ape puternic mineralizate și versanți instabili în brecia sării (Capitolul 10).
Originea cutelor. Cute netectonice. Cele mai multe cute sunt tectonice. Ele iau naștere prin compresiune orizontală, paralelă cu stratificația (flambaj, buckling), mecanismul dominant în lanțurile muntoase; prin mișcări verticale ale fundamentului, când cuvertura sedimentară se mulează peste blocurile ridicate sau coborâte în lungul faliilor (horsturi și grabene, Secțiunea 4.4.3) și formează cute largi, cu flancuri slab înclinate, tipice pentru platforme; sau prin ridicarea unui corp de sare ori de magmă, care boltește stratele acoperitoare (Fossen, 2016).
Există însă și cute netectonice (pseudocute), produse de procese superficiale sau sinsedimentare. Inginerul trebuie să le deosebească de cele tectonice, deoarece ele nu se continuă în adâncime și nu spun nimic despre structura regională:
cute de compactare diferențiată: sedimentele depuse peste un relief îngropat (Secțiunea 5.5.3) sunt mai groase deasupra depresiunilor și mai subțiri deasupra ridicărilor; tasarea lor, proporțională cu grosimea, este neuniformă, iar stratele capătă înclinări mici, care reproduc atenuat relieful îngropat;
cute de creștere a volumului: în depozitele de evaporite, stratele subțiri de anhidrit și de gips apar adesea încrețite în cute mărunte, neregulate, numite cute enterolitice, cu extindere de ordinul decimetrilor până la câțiva metri (Tucker, 2001); ele sunt puse pe seama creșterii nodulilor de sulfat în sedimentul gazdă și a măririi de volum care însoțește hidratarea anhidritului în gips (Secțiunea 3.1.5) [DE VERIFICAT: valoarea creșterii de volum la trecerea anhidrit–gips (în prezentare: circa 60 %) și sursa]. Același proces de hidratare produce umflarea rocilor cu anhidrit în tuneluri și în excavații;
cute de alunecare (slump): sedimentele neconsolidate, saturate cu apă, alunecă pe pante submarine foarte mici și se cutează dezordonat, cu vergența în sensul alunecării; pachetul cutat este cuprins între strate nedeformate, ceea ce îl deosebește de o cută tectonică (Boggs, 2011).
Cutele și lucrările de construcții
Într-o regiune cutată, aceleași strate reapar la suprafață de mai multe ori, cu înclinări și sensuri de înclinare diferite, astfel încât terenul de fundare se schimbă pe distanțe scurte. Câteva consecințe practice: (i) în excavații și versanți, flancurile ale căror strate înclină spre gol (în același sens cu taluzul) sunt predispuse la alunecări pe suprafețele de stratificație, mai ales dacă alternează roci permeabile și argiloase; flancurile cu strate înclinate spre masiv sunt, în general, stabile, dar pot suferi răsturnări (Capitolul 8); (ii) în tuneluri, în axul unui anticlinal rocile din șarnieră sunt fisurate prin întindere și blocurile se desprind ușor din boltă, dar stratele, dispuse ele însele în boltă, descarcă o parte din presiune spre flancuri; în axul unui sinclinal stratele înclină spre excavație, presiunile asupra susținerii sunt mai mari, iar în nucleu se acumulează apa subterană, cu afluxuri mari și presiuni ridicate; (iii) în baraje, stratele înclinate spre aval oferă căi de infiltrație și suprafețe de alunecare sub fundație, iar stratele înclinate spre amonte sunt favorabile; (iv) zonele de șarnieră sunt intens fisurate, cu permeabilitate ridicată și roci de calitate mai slabă, fiind puncte critice pentru etanșarea lacurilor de acumulare (Bell, 2007, Price, 2009).