Sistema de alerta precoce de sismos para comboios de alta velocidade em Itália

Os investigadores indicam que o primeiro sistema de alerta precoce de sismos totalmente integrado de Itália para a ferrovia de alta velocidade consegue emitir avisos direcionados entre três e dez segundos e prever corretamente a intensidade do abalo em mais de 90% dos casos.

Esta capacidade altera a forma de gerir o risco sísmico nas linhas ferroviárias rápidas, ao limitar as perturbações ao troço de via com maior probabilidade de ser afetado.

Ao longo do corredor

Ao longo de 200 km de linha entre Roma e Nápoles, uma rede dedicada de sensores enterrados vigia um dos corredores mais sismicamente ativos de Itália.

Ao analisarem estes sinais contínuos, engenheiros da Universidade de Nápoles Federico II (UNINA) demonstraram que o primeiro movimento sísmico pode ser convertido em decisões em tempo real sobre os locais onde os comboios devem abrandar ou parar.

À medida que uma maior parte do sinal sísmico chega às estações próximas, o sistema aperfeiçoa as previsões e ajusta, em poucos segundos, o segmento de linha considerado afetado.

Esta resposta progressiva e específica por segmento reduz as interrupções, mas exige igualmente uma interpretação rápida de sinais iniciais incompletos, condicionando o equilíbrio entre rapidez e certeza.

Porque é que os segundos contam

Os comboios de alta velocidade percorrem grandes distâncias rapidamente, pelo que mesmo um aviso breve pode impedir que um comboio em circulação entre num troço danificado.

Quando os primeiros sinais sísmicos fracos, designados ondas P, chegam aos sensores, o abalo mais forte ainda se desloca em direção à zona.

Esse pequeno intervalo basta para o sistema transmitir aos responsáveis pelo controlo ferroviário uma decisão antes da chegada do movimento mais intenso.

Numa linha rápida de passageiros, os segundos não abundam, mas podem determinar quais os comboios que chegam ao segmento danificado.

Interpretação do primeiro impulso

Cada local está equipado com acelerómetros enterrados, instrumentos que medem o movimento do solo, para detetar o primeiro tremor e transmitir imediatamente os dados.

Cinco pontos incluem instrumentos mais profundos, instalados a 20 metros de profundidade, onde a menor interferência à superfície permite distinguir melhor o sinal do sismo.

Uma rede própria encaminha estas leituras por fibra ótica para Nápoles, onde os servidores da Rete Ferroviaria Italiana (RFI) da linha de alta velocidade Roma-Nápoles reduzem atrasos que consumiriam a janela de aviso.

Estas opções são relevantes porque a eficácia do alerta precoce depende dos atrasos, e não de obter detalhes perfeitos no primeiro instante.

Filtrar o ruído sísmico

Os sensores ferroviários registam a passagem de comboios centenas de vezes por dia, pelo que o software começa por determinar se um abalo tem origem sísmica.

O seu filtro avalia a amplitude e a frequência, pois as vibrações dos comboios transportam habitualmente mais energia de alta frequência do que o início de um sismo.

Bastam 1,5 segundos de sinal para efetuar esta primeira triagem, algo essencial numa linha com esta velocidade.

A possibilidade de falsos alarmes mantém-se, mas eliminar cedo parte do ruído dos comboios evita que o tráfego normal seja interrompido sem necessidade.

Delimitar as zonas de perigo

Depois de aceitar que ocorreu um sismo, o sistema calcula a aceleração máxima do solo, ou seja, o abalo mais forte previsto para cada localização.

Esta previsão parte do movimento inicial e é atualizada a cada segundo, à medida que mais ondas chegam às estações próximas.

Em vez de interromper toda a rota, o software define um troço sob alerta e acrescenta uma margem de segurança em ambas as extremidades.

O risco ferroviário está ligado aos locais onde a vibração ultrapassa um limiar, pelo que este mapa em evolução é mais importante do que uma única estimativa do epicentro.

Transmitir a ordem de travagem

Na linha de alta velocidade Roma-Nápoles, a RFI desenvolveu o alerta em conjunto com os investigadores para encaminhar as decisões sísmicas para o controlo ferroviário.

Quando os limiares são ultrapassados, os sistemas de controlo ordenam a desaceleração ou a paragem total no troço afetado.

“Desenvolvemos, em colaboração com a RFI, o primeiro sistema de alerta para comboios de alta velocidade capaz de detetar antecipadamente as ondas sísmicas geradas por sismos que possam afetar a rede ferroviária”, afirmou Aldo Zollo, professor de sismologia da UNINA.

Após o fim do abalo, os operadores inspecionam a rota e podem reabrir mais cedo os segmentos não afetados do que seria possível com um encerramento de toda a linha.

Avaliar o desempenho real

Para testar rigorosamente o sistema, os investigadores reproduziram centenas de registos de sismos e sobrepuseram muitos deles a ruído gerado por comboios.

Nestas simulações, os primeiros alertas foram emitidos entre três e dez segundos, com previsões corretas da intensidade do abalo em mais de 90% dos casos.

Cinco segundos mais tarde, a precisão aumentava ainda mais, pois o sinal adicional permitia ao software refinar a intensidade com que cada local seria abalado.

Configurações com maior exigência de certeza atrasavam o primeiro alerta sem trazer grandes benefícios adicionais, uma troca relevante em ferrovias reais.

Quanto troço de via está em risco

Os sismos próximos mais frequentes colocariam em risco apenas cerca de 10 km de via, e não todo o corredor.

Com base em dois meses de circulação ferroviária, a equipa concluiu que a maioria dos comboios permaneceria fora dessa zona durante esses eventos mais prováveis.

Um segmento sob alerta de 100 km surge sobretudo em sismos grandes e raros, próximos da linha, com períodos de retorno próximos de 2.000 anos.

Os sismos moderados mais comuns nas imediações da ferrovia isolariam normalmente uma secção muito mais curta, deixando a maior parte do serviço operacionalmente gerível.

Para lá de uma única ferrovia

A plataforma foi concebida para se integrar noutras linhas ferroviárias, desde que os respetivos dados sísmicos sejam recebidos em tempo real.

As linhas que se cruzam também melhorariam a localização dos sismos, porque uma rede pouco densa de estações determina melhor a posição do que uma única linha.

Isto é importante para futuros mapas de abalo, mapas rápidos da vibração esperada, que poderiam orientar as equipas de inspeção em poucos minutos.

O sistema é escalável, mas o estudo mostra igualmente que rotas cruzadas e uma cobertura mais densa continuam a melhorar as decisões.

Segurança ferroviária mais inteligente

O sistema italiano de alerta ferroviário transforma alguns segundos de física numa margem prática de segurança para uma das suas rotas mais rápidas.

A sua maior promessa não consiste em parar todos os comboios em todo o lado, mas em imobilizar os comboios certos com antecedência suficiente para evitar consequências mais graves.