A importância do capacete nos acidentes com veículos de ... de... · ao “espanhol”: o Cristian, quero agradecer-vos por todos os momentos de amizade que passamos e que fizeram

UNIVERSIDADE TÉCNICA DE LISBOA

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

A importância do capacete nos acidentes com

veículos de duas rodas e modelos

computacionais para a melhoria das suas

condições de segurança

Tiago Morgado Paulino

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Mecânica

Júri Presidente: Prof. Doutor Nuno Manuel Mendes Maia

Orientador: Prof. Doutor João Manuel Pereira Dias

Vogal Prof. Doutor Miguel Pedro Tavares da Silva

Setembro de 2008

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Resumo

Os acidentes com veículos de duas rodas representam, em Portugal, cerca de 27% das

vítimas mortais em acidentes rodoviários. O estudo da utilização e eficiência dos capacetes é

de extrema importância, pois estes têm um papel importante na redução do nível de lesões.

Foi efectuada uma análise estatística dos acidentes com veículos de duas rodas, dos

quais resultaram vítimas, em Portugal, no ano de 2005. Com o objectivo de identificar e isolar

alguns dos factores mais relevantes na ocorrência destes acidentes, nomeadamente a nível

dos factores relacionados com os veículos e factores humanos, foi possível estabelecer uma

analogia com o uso do capacete.

Foram igualmente efectuadas duas reconstituições de acidentes reais inseridos no

âmbito de processos jurídicos e litigiosos, com recurso a modelos computacionais envolvendo

veículos de duas rodas. Estes acidentes permitiram também efectuar uma análise da influência

do capacete na severidade de lesões nos condutores envolvidos.

Procedeu-se a uma recolha de informação alusiva ao capacete, inserida no âmbito do

projecto COST357 PROHELM, com vista a identificar e comparar alguns dos aspectos e

problemas inerentes ao uso do capacete, não só em Portugal, mas também, nos restantes 13

países europeus participantes.

Utilizando a informação recolhida anteriormente, foi desenvolvido um modelo de

capacete genérico em CAD 3D com recurso ao software Solidworks, que posteriormente foi

convertido em elementos finitos através do software Ansysworkbench, de forma a serem

efectuados testes de impacto no com o objectivo de melhorar a segurança dos capacetes,

tendo sido utilizado para este efeito o software Madymo.

Finalizando, através dos resultados obtidos foi possível tecer considerações

importantes relativamente à influência do material de espuma no interior do capacete. Também

conclui-se que a simples introdução de mais uma camada de espuma no interior do capacete,

permite reduzir os níveis de aceleração sofridos pela cabeça.

iii

Abstract

In Portugal, the accidents with PTWs represent about 27% of all fatal victims in road accidents.

The study of helmets safety in case of accident is of extreme value and may play an important

part in the reduction of the degree of injuries.

A statistical study concerning these accidents was performed in order to determine its

number of resulting victims in Portugal over the year 2005. The study intended to identify and

single out some of the main factors behind their occurrence, such as vehicle and human related

factors, establishing an analogy with the use of the helmet.

In addition, two reconstitutions of real accidents involving these vehicles, in the scope of

legal and litigious processes, were developed with the aid of computational models allowing the

verification of the influence of the helmet in the severity of the drivers’ injuries.

In order to obtain a Portuguese and European perspective of in-depth data sampling on

cognitive aspects of motorcycle helmets (project COST357 PROHELM), information was

collected in various countries in an attempt to indentify and compare some aspects and inherent

problems of the use of the helmet.

The constituting parts of the helmet were also object of study and analysis, as well as

the basic anatomy and injury mechanisms of the human head.

Based on the previously collected information, a generic model of a helmet was

developed on CAD 3D, followed by its conversion into finite elements, all in order to perform

impact tests that would help improve the helmet’s safety.

Lastly, and basing on the obtained results, it was possible to reach important

conclusions regarding the influence of foam material in the helmet. It was also possible to

realize that the simple introduction of another foam layer in the interior of the helmet allows the

reduction of the acceleration to which the head is exposed.

v

Palavras-Chave

Reconstituição de acidentes

Capacete

Modelos computacionais

Dinâmica de corpos múltiplos

Lesões ao nível da cabeça

Keywords

Two wheel vehicles Accidents

Helmet

Computational Models

Head injuries

vi

vi

ABREVIATURAS

AIS Escala de lesões relativas ao corpo humano (Abbreviature Injury Scale).

DGV Direcção Geral de Viação.

EES Velocidade de Energia Equivalente (Energy Equivalent Speed) - Velocidade à qual se

registariam as deformações existentes no veículo, caso estas fossem produzidas pelo embate

do mesmo numa barreira rígida.

HIC Índice de lesão na cabeça (Head Injury Criteria).

DEFINIÇÕES DE ACIDENTOLOGIA

Acidente Ocorrência na via pública em que se encontre envolvido o mínimo de um veículo e

da qual resultem vítimas e/ou danos materiais.

Acidente com

vítimas Acidente do qual resulta no mínimo uma vítima.

Acidente com

feridos leves

Acidente do qual resulte pelo menos um ferido leve, e em que não se tenham

registado vítimas mortais nem feridos graves.

Acidente com

feridos graves

Acidente do qual resulte o mínimo de um ferido grave, não havendo registo de

qualquer vítima mortal.

Acidente mortal Acidente do qual resulte o mínimo de uma vítima mortal.

Condutor Indivíduo que na via pública comanda um veículo ou animal.

Ferido leve Vítima de acidente que não seja considerada ferida grave, apresentando unicamente

ferimentos ligeiros.

Ferido grave Vítima de um acidente que obrigue a um internamento hospitalar superior a 24

horas.

Índice de

gravidade Número de vítimas mortais por 100 acidentes com vítimas.

Ocupante Indivíduo que se encontra no interior de um veículo que se transite na via pública.

Passageiro Indivíduo afecto a um veículo na via pública e que não seja condutor.

Peão

Indivíduo que transita na via pública a pé e em locais sujeitos à legislação rodoviária.

São considerados peões todos os indivíduos que conduzam à mão velocípedes ou

ciclomotores de duas rodas sem carro atrelado ou carros de crianças ou de

deficientes físicos.

Vítima Ser humano que em consequência de acidente sofra danos corporais.

Vítima mortal Vítima de acidente cujo óbito ocorra no local do evento ou no seu percurso até à

unidade de saúde.

vii

Software

HYPERVIEW Visualizador de resultados do programa Madymo.

MADYMO Programa informático de dinâmica de corpos múltiplos.

PC-CRASH Programa informático utilizado na reconstituição da dinâmica de acidentes.

SOLIDWORKS Programa informático CAD 3D.

NOTAÇÃO

a, A, α Escalar

{ }a Vector

{ }Ta Vector transposto

{ }ia Vector associado ao corpo rígido i

[ ]A Matriz

[ ]TA Matriz transposta

[ ] 1−A Matriz inversa

a& Derivada de primeira ordem em relação ao tempo

a&& Derivada de segunda ordem em relação ao tempo

Z,Y,X Referencial global ou de inércia

z,y,x Referencial local

{ }ir Vector de coordenadas de translação globais do vector posição do corpo i

{ }ip Vector dos quatro parâmetros de Euler 3210 e,e,e,e associados ao corpo i

{ }iq Vector de coordenadas do corpo i

{ }iω Vector de velocidade angular do corpo i

ix

Agradecimentos

Antes de mais quero agradecer às duas pessoas que tornaram possível a

concretização deste objectivo, os meus pais! Obrigado por tudo, mas principalmente, pelo amor

incondicional e confiança que sempre depositaram em mim.

Em segundo lugar gostaria de agradecer à minha namorada, Rita, que foi e, é um dos

principais pilares na minha vida, e que muito me ajudou principalmente nos momentos mais

difíceis.

Também gostaria de fazer um agradecimento muito especial aos meus amigos Sara e

Pedro. Por tudo aquilo que fizeram por mim, um grande obrigado!

Ao Luís Oliveira, Luís Teodora, Luís Frederico, Rui Pinto, Rui Pimentel, Victor Amaral e

ao “espanhol”: o Cristian, quero agradecer-vos por todos os momentos de amizade que

passamos e que fizeram com que o trabalho parecesse menos pesado.

Outra das pessoas que quero agradecer é ao Ricardo Portal, por toda a disponibilidade

e amizade que teve para comigo.

Por fim, aqui vai um agradecimento muito especial, não ao meu orientador, Prof. João

Pereira Dias, mas ao homem e grande amigo que descobri nele! “Professor” um grande

obrigado por tudo!

Ainda de fazer alguns agradecimentos institucionais nomeadamente ao IDMEC-IST

pelas bolsas concedidas no âmbito dos projectos PARA e MRRA, à Allianz Portugal, Direcção-

Geral de Viação e Prevenção Rodoviária Portuguesa pelo financiamento dos mesmos e ainda

à Polícia de Segurança Pública de Lisboa.

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x

Índice

RECONSTITUIÇÃO DE ACIDENTES ........................................................................................................ V

TWO WHEEL VEHICLES ACCIDENTS ...................................................................................................... V

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 1

1.1 MOTIVAÇÃO .................................................................................................................................... 1 1.2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................................................... 2 1.3 OBJECTIVOS E ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO .......................................................................................... 4

2 ANÁLISE ESTATÍSTICA DE ACIDENTES ........................................................................................... 7

2.1 FACTORES RELACIONADOS COM OS VEÍCULOS. ........................................................................................ 7 2.2 DISTRIBUIÇÃO POR CATEGORIAS ........................................................................................................... 8 2.3 FACTORES HUMANOS ....................................................................................................................... 10

3 RECONSTITUIÇÃO DE ACIDENTES REAIS ENVOLVENDO VEÍCULOS DE DUAS RODAS .................... 15

3.1 METODOLOGIA PARA A RECONSTITUIÇÃO DE ACIDENTES ......................................................................... 15 3.2 CASOS REAIS ESTUDADOS .................................................................................................................. 16

3.2.1 Caso nº1: Colisão entre um ciclomotor e um veículo ligeiro .............................................. 18 3.2.1.1 Modelos e características dos veículos .......................................................................................... 19 3.2.1.2 Factor humano ............................................................................................................................... 19

3.2.1.3 Deformações dos veículos .................................................................................................. 20 3.2.1.4 Lesões dos condutores envolvidos no acidente ............................................................................. 21 3.2.1.5 Dinâmica do acidente .................................................................................................................... 22 3.2.1.6 Simulação Computacional ............................................................................................................. 23 3.2.1.7 Análise ao capacete ....................................................................................................................... 24 3.2.1.8 Discussão ....................................................................................................................................... 27

3.2.2 Caso nº2: Colisão entre um motociclo de potência ilimitada e um veículo ligeiro de

mercadorias ....................................................................................................................................... 27 3.2.2.1 Modelos e características dos veículos .......................................................................................... 29 3.2.2.2 Factor humano ............................................................................................................................... 29 3.2.2.3 Deformações dos veículos: ............................................................................................................ 30 3.2.2.4 Lesões dos intervenientes no acidente .......................................................................................... 33 3.2.2.5 Dinâmica do acidente .................................................................................................................... 33 3.2.2.6 Simulação Computacional ............................................................................................................. 34 3.2.2.7 Análise ao capacete ....................................................................................................................... 37 3.2.2.8 Discussão ....................................................................................................................................... 39

4 ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO CAPACETE NAS CAPACIDADES COGNITIVAS DOS CONDUTORES ..... 41

4.1 ESTUDO E METODOLOGIA ................................................................................................................. 41 4.2 RESULTADOS .................................................................................................................................. 44

5 O CAPACETE E A SUA IMPORTÂNCIA NA REDUÇÃO DO NÍVEL DE LESÕES NA CABEÇA ................. 53

5.1 O CAPACETE ................................................................................................................................... 53 5.2 PROCESSO DE FABRICO DO CAPACETE .................................................................................................. 56 5.3 A CABEÇA HUMANA ......................................................................................................................... 57

5.3.1.1 Fracturas do crânio. ........................................................................................................... 58 5.3.1.2 Lesões focais. ..................................................................................................................... 58

5.3.1.3 Hematoma Epidural. ...................................................................................................................... 58 5.3.1.4 Hematoma Subdural. ..................................................................................................................... 58 5.3.1.5 Contusão ........................................................................................................................................ 59

5.3.1.6 Lesões cerebrais difusas. .................................................................................................... 59 5.3.1.7 Concussão. ..................................................................................................................................... 60 5.3.1.8 Lesão axonal difusa. ....................................................................................................................... 60

5.4 MECANISMOS DE LESÕES .................................................................................................................. 60 5.5 NORMAS E TESTES DE SEGURANÇA ...................................................................................................... 63

6 MODELOS COMPUTACIONAIS E METODOLOGIA UTILIZADA ....................................................... 65

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6.1 DINÂMICA DE CORPOS MÚLTIPLOS ...................................................................................................... 65 6.1.1.1 Sistema de corpos múltiplos ............................................................................................... 65 6.1.1.2 Corpo rígido ........................................................................................................................ 66 6.1.1.3 Elementos finitos ................................................................................................................ 67

6.2 MODELOS COMPUTACIONAIS E METODOLOGIA ADOPTADA ...................................................................... 68 6.2.1.1 Modelo do capacete em elementos finitos ........................................................................ 68 6.2.1.2 O modelo FMVSS 201 Hybrid III Headform ........................................................................ 75 6.2.1.3 Modelos de contacto .......................................................................................................... 76

6.3 VALIDAÇÃO DO MODELO COMPUTACIONAL E SIMULAÇÕES ...................................................................... 77

7 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................................................ 79

7.1 VALIDAÇÃO DO MODELO COMPUTACIONAL .......................................................................................... 79 7.2 TESTES DE IMPACTO (NORMA ECE R22/05). ....................................................................................... 81 7.3 EFEITO DA DENSIDADE DO MATERIAL DE ESPUMA DO CAPACETE NO NÍVEL DE ACELERAÇÕES NA CABEÇA. ........... 86 7.4 EFEITO PRODUZIDO PELA COMBINAÇÃO DE MATERIAIS DE ESPUMA EPS E EPP SOBRE OS NÍVEIS DE ACELERAÇÃO

SOFRIDOS PELA CABEÇA HUMANA. .................................................................................................................. 87

8 CONCLUSÕES ............................................................................................................................ 89

9 ESTUDOS FUTUROS ................................................................................................................... 90

xiii

Índice de Figuras FIGURA 1.1: DISTRIBUIÇÃO DE VÍTIMAS MORTAIS COM VEÍCULOS DE DUAS RODAS, POR PAÍS, 1991-2005 ........................ 2 FIGURA 2.1: NÚMERO DE VÍTIMAS MORTAIS EM PORTUGAL NO ANO DE 2005. ............................................................ 7 FIGURA 2.2: VÍTIMAS MORTAIS E FERIDOS GRAVES, POR CADA 1000 VEÍCULOS EM CIRCULAÇÃO EM PORTUGAL. ................. 8 FIGURA 2.3: PERCENTAGEM DE ACIDENTES COM VÍTIMAS POR CATEGORIA DE VEÍCULOS DE DUAS RODAS. .......................... 9 FIGURA 2.4: ÍNDICE DE GRAVIDADE NAS DIFERENTES CATEGORIAS DE VEÍCULOS DE DUAS RODAS. ..................................... 9 FIGURA 2.5: SINISTRALIDADE COM VEÍCULOS DE 2 RODAS NOS ANOS DE 2004 E 2005 ................................................ 10 FIGURA 3.1: PROCEDIMENTO ADOPTADO NAS RECONSTITUIÇÕES DE ACIDENTES REAIS. ................................................. 16 FIGURA 3.2: LOCAL ONDE OCORREU O ACIDENTE COM INDICAÇÃO DOS SENTIDOS DE CIRCULAÇÃO DE AMBOS OS VEÍCULOS. 18 FIGURA 3.3: ETAPAS NECESSÁRIAS À IMOBILIZAÇÃO DE UM VEÍCULO. ........................................................................ 20 FIGURA 3.4: DEFORMAÇÕES EXISTENTES NO CICLOMOTOR...................................................................................... 21 FIGURA 3.5: EXEMPLIFICAÇÃO DA FORMA COMO OCORREU A COLISÃO INICIAL ENTRE AMBOS OS VEÍCULOS. ..................... 21 FIGURA 3.6: LESÕES SOFRIDAS PELO CONDUTOR DO CICLOMOTOR. ........................................................................... 22 FIGURA 3.7: DINÂMICA DO ACIDENTE. ................................................................................................................ 22 FIGURA 3.8: FOTOGRAMAS DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL. ................................................................................ 23 FIGURA 3.9: POSIÇÕES FINAIS DOS VEÍCULOS E CONDUTOR DO CICLOMOTOR. ............................................................. 24 FIGURA 3.10: EVOLUÇÃO TEMPORAL DA ACELERAÇÃO NA CABEÇA DO CONDUTOR DO CICLOMOTOR. .............................. 24 FIGURA 3.11: DANOS NO CAPACETE. .................................................................................................................. 25 FIGURA 3.12: ZONAS ONDE O CAPACETE APRESENTA DANOS, PORMENORES A VERMELHO. ........................................... 25 FIGURA 3.13: INDICAÇÃO DAS ZONAS ONDE OCORRERAM IMPACTOS NO CAPACETE. .................................................... 26 FIGURA 3.14: MODELO CAD-3D DA CABEÇA HUMANA, COM INDICAÇÃO DO CENTRO DE GRAVIDADE E PLANOS XY, YZ E ZX.

........................................................................................................................................................... 26 FIGURA 3.15: FOTO DO INTERIOR DO CAPACETE. .................................................................................................. 26 FIGURA 3.16: IMAGEM DO LOCAL ONDE OCORREU O ACIDENTE, COM INDICAÇÃO DOS SENTIDOS DE CIRCULAÇÃO E

SINALIZAÇÃO PRESENTE NO LOCAL. ............................................................................................................. 28 FIGURA 3.17: DEFORMAÇÕES EXISTENTES NO VEÍCULO LIGEIRO DE MERCADORIAS. ...................................................... 30 FIGURA 3.18: DEFORMAÇÕES EXISTENTES NO MOTOCICLO. .................................................................................... 32 FIGURA 3.19: EES COMPREENDIDO ENTRE OS 28 E OS 47 KM7H. ........................................................................... 32 FIGURA 3.20: EXEMPLIFICAÇÃO DA FORMA COMO OCORREU A COLISÃO INICIAL ENTRE AMBOS OS VEÍCULOS. ................... 33 FIGURA 3.21: LESÕES SOFRIDAS PELO CONDUTOR DO MOTOCICLO. .......................................................................... 33 FIGURA 3.22: DINÂMICA DO ACIDENTE. .............................................................................................................. 34 FIGURA 3.23: FOTOGRAMAS DA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL. .............................................................................. 35 FIGURA 3.24: GRÁFICO COM OS VALORES DE EES ENVOLVIDOS NO ACIDENTE PARA O MOTOCICLO. ................................ 36 FIGURA 3.25: DANOS NO CAPACETE DO CONDUTOR DO MOTOCICLO, COM PORMENOR DAS ZONAS DANIFICADAS. ............. 37 FIGURA 3.26: ZONAS ONDE O CAPACETE APRESENTA DANOS (ASSINALADAS A VERMELHO). ........................................... 38 FIGURA 3.27: COMPORTAMENTO DE UM CAPACETE EM QUEDA QUE APRESENTE A CINTA JUGULAR DESAPERTADA. ............ 38 FIGURA 3.28: MODELO CAD-3D DA CABEÇA HUMANA, COM INDICAÇÃO DO CENTRO DE GRAVIDADE E PLANOS XY, YZ E ZX.

........................................................................................................................................................... 38 FIGURA 4.1: QUESTIONÁRIO DO PROJECTO COST357. .......................................................................................... 42 FIGURA 4.2: EXEMPLIFICAÇÃO DO PROCESSO DE MEDIÇÃO DO CAMPO DE VISÃO DO CONDUTOR COM RECURSO AO

GONIÓMETRO. ........................................................................................................................................ 42 FIGURA 4.3: PROCEDIMENTO EFECTUADO PARA QUANTIFICAR A TRANSMISSIBILIDADE E DIFUSÃO DE LUZ NAS VISEIRAS DOS

CAPACETES INVESTIGADOS. ....................................................................................................................... 43 FIGURA 4.4: SEXO DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO EM PORTUGAL. ............................................ 45 FIGURA 4.5 PERCENTAGEM DE IDADES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO NOS PAÍSES PARTICIPANTES. . 45 FIGURA 4.6: NÚMERO DE ACIDENTES SOFRIDOS PELOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO EM PORTUGAL. ... 45 FIGURA 4.7: PROFISSÕES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO EM PORTUGAL. ................................... 46 FIGURA 4.8: PERCENTAGEM DE VEÍCULOS DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO EM PORTUGAL. ............. 47 FIGURA 4.9: TIPO DE CAPACETE UTILIZADO PELOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO. .............................. 47 FIGURA 4.10: MARCAS MAIS UTILIZADAS PELOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO QUESTIONÁRIO EM PORTUGAL. ...... 48 FIGURA 4.11: FACTORES QUE INFLUENCIARAM OS CONDUTORES NO MOMENTO DE COMPRA DO CAPACETE EM PORTUGAL. 48 FIGURA 4.12: PERCENTAGEM DO TIPO DE PINTURA DOS CAPACETES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO INQUÉRITO EM

PORTUGAL. ............................................................................................................................................ 49 FIGURA 4.13: PERCENTAGEM DE CORES PREDOMINANTES NOS CAPACETES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO

INQUÉRITO EM PORTUGAL. ....................................................................................................................... 49

xiv

xiv

FIGURA 4.14: TIPO DE MECANISMO DE ENGATE (CAPÍTULO 5 FIGURA 5.3) NOS CAPACETES DOS CONDUTORES QUE

RESPONDERAM AO INQUÉRITO EM PORTUGAL. ............................................................................................. 49 FIGURA 4.15: PERCENTAGEM DE ETIQUETAS DE HOMOLOGAÇÃO NOS CAPACETES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO

INQUÉRITO EM PORTUGAL. ....................................................................................................................... 50 FIGURA 4.16: PRINCIPAIS ZONAS ONDE SE REGISTAM DANOS NOS CAPACETES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO

INQUÉRITO EM PORTUGAL. ....................................................................................................................... 50 FIGURA 4.17 PRINCIPAIS ZONAS ONDE SE REGISTAM DANOS NOS CAPACETES DOS CONDUTORES QUE RESPONDERAM AO

INQUÉRITO NO COST357. ....................................................................................................................... 51 FIGURA 4.18: GRAU DE DIFUSÃO DE LUZ DAS VISEIRAS DOS CAPACETES TESTADOS NO PROJECTO COST357. .................... 51 FIGURA 4.19: GRAU DE TRANSMISSIBILIDADE DE LUZ DAS VISEIRAS DOS CAPACETES TESTADOS NO PROJECTO COST357 ..... 52 FIGURA 4.20: CAMPO DE VISÃO DOS CONDUTORES EM SITUAÇÃO DE USO DO CAPACETE EM PORTUGAL. ......................... 52 FIGURA 5.1: ESTRUTURA DO CAPACETE. .............................................................................................................. 54 FIGURA 5.2: EXEMPLIFICAÇÃO DO PRINCÍPIO BÁSICO DE UM SISTEMA DE VENTILAÇÃO DE UM CAPACETE. ......................... 55 FIGURA 5.3: TIPO DE FECHO EXISTENTE NUMA CINTA JUGULAR DE UM CAPACETE. ....................................................... 55 FIGURA 5.4: TIPO DE CAPACETE. ........................................................................................................................ 55 FIGURA 5.5: ETAPAS NO PROCESSO DE CONSTRUÇÃO DE UM CAPACETE. .................................................................... 56 FIGURA 5.6: ILUSTRAÇÃO DOS ÓRGÃOS QUE CONSTITUEM O ENCÉFALO HUMANO. ...................................................... 57 FIGURA 5.7: TIPOLOGIA DE LESÕES NA CABEÇA HUMANA. ....................................................................................... 57 FIGURA 5.8: IMAGEM DE UM HEMATOMA EPIDURAL, PORMENOR A VERMELHO NO CANTO INFERIOR DIREITO. .................. 58 FIGURA 5.9: IMAGEM DE UM HEMATOMA SUBDURAL, MANCHA MAIS ESCURA SITUADA NO LADO ESQUERDO.................... 59 FIGURA 5.10: EXEMPLIFICAÇÃO DA DIFERENÇA DE VELOCIDADES ENTRE O CÉREBRO E O CRÂNIO, EM CASO DE ACELERAÇÃO,

DEVIDO À FORÇA DE INÉRCIA. ..................................................................................................................... 60 FIGURA 5.11: CORRELAÇÃO ENTRE O HIC E O AIS ............................................................................................... 62 FIGURA 5.12: CORRELAÇÃO ENTRE O HIC E O AIS ............................................................................................... 62 FIGURA 5.12: EQUIPAMENTO E TESTES EFECTUADOS PELA NORMA ECE R22/05. ....................................................... 64 FIGURA 5.13: PONTOS B, X, P, R, TESTADOS NA NORMA ECE R22/05. ................................................................... 64 FIGURA 6.1: SISTEMAS DE CORPOS MÚLTIPLOS .................................................................................................... 65 FIGURA 6.2: LOCALIZAÇÃO DE UM PONTO GENÉRICO P RELATIVAMENTE A UM EIXO DE INÉRCIA ..................................... 66 FIGURA 6.3: INTERACÇÃO ENTRE MULTI-CORPO E ELEMENTOS FINITOS ..................................................................... 67 FIGURA 6.4: TIPO DE MODELOS COMPUTACIONAIS UTILIZADOS. ............................................................................... 68 FIGURA 6.5: METODOLOGIA UTILIZADA PARA O DESENVOLVIMENTO DOS MODELOS COMPUTACIONAIS ........................... 69 FIGURA 6.6: MODELOS EM CAD3D DOS DIFERENTES COMPONENTES DO CAPACETE. ................................................... 69 FIGURA 6.7: SISTEMA MASSA-MOLA-AMORTECEDOR DE UM IMPACTO DE UMA CABEÇA COM CAPACETE. ......................... 70 FIGURA 6.8 MODELO FINAL DO CAPACETE EM CAD3D. ......................................................................................... 70 FIGURA 6.9: ELEMENTO SÓLIDO DE 4 NÓS .......................................................................................................... 71 FIGURA 6.10: MODELOS EM ELEMENTOS FINITOS DE CADA UMA DAS PARTES QUE CONSTITUEM O CAPACETE. .................. 71 FIGURA 6.11: COMPORTAMENTO CARACTERÍSTICO DE UM MATERIAL DE ESPUMA À COMPRESSÃO. ................................ 73 FIGURA 6.12: FASES CARACTERÍSTICAS DE UM MATERIAL DE ESPUMA À COMPRESSÃO. ................................................. 73 FIGURA 6.13: CURVA TENSÃO EXTENSÃO DO MATERIAL EPS COM DENSIDADE DE 31,2 KG/M

3 ..................................... 74

FIGURA 6.14: CURVA TENSÃO EXTENSÃO CARACTERÍSTICA DO MATERIAL EPS COM DENSIDADE DE 44 KG/M3 .................. 74

FIGURA 6.15: CURVA TENSÃO EXTENSÃO CARACTERÍSTICA DO MATERIAL EPP. ........................................................... 74 FIGURA 6.16: MODELO DA CABEÇA FMVSS 201 HYBRID III HEADFORM . ................................................................ 75 FIGURA 6.17: ELEMENTO SHELL . ...................................................................................................................... 75 FIGURA 6.18: TESTES EXPERIMENTAIS E COMPUTACIONAIS . ................................................................................... 76 FIGURA 6.19: FUNÇÃO DE CARREGAMENTO. ........................................................................................................ 76 FIGURA 7.1: GRÁFICO DAS ACELERAÇÕES OBTIDAS POR BOSH EM TESTES EXPERIMENTAIS. ............................................ 79 FIGURA 7.2: COMPORTAMENTO DA ACELERAÇÃO DO MODELO COMPUTACIONAL DO CAPACETE NO TESTE DE VALIDAÇÃO. ... 80 FIGURA 7.3: DESLOCAMENTO RELATIVO ENTRE AS DUAS CAMADAS DE ESPUMA. ......................................................... 80 FIGURA 7.4:SIMULAÇÃO DO TESTE DE IMPACTO NO PONTO B DO CAPACETE SEGUNDO A NORMA ECE R22/05. ............... 81 FIGURA 7.5: SIMULAÇÃO DO TESTE DE IMPACTO NO PONTO R DO CAPACETE SEGUNDO A NORMA ECE R22/05. .............. 82 FIGURA 7.6: SIMULAÇÃO DO TESTE DE IMPACTO NO PONTO P DO CAPACETE SEGUNDO A NORMA ECE R22/05. .............. 83 FIGURA 7.7: SIMULAÇÃO DO TESTE DE IMPACTO NO PONTO X DO CAPACETE SEGUNDO A NORMA ECE R22/05. .............. 84 FIGURA 7.8: ETAPAS DE ACELERAÇÃO NA CABEÇA COM UM CAPACETE DE APENAS UMA CAMADA DE ESPUMA. .................. 85 FIGURA 7.9: SIMULAÇÃO DO TESTE DE IMPACTO NO PONTO P DO CAPACETE COM ESPUMA EM EPP. .............................. 86 FIGURA 7.10: COMPRESSÃO DAS CAMADAS DE MATERIAL DE ESPUMA NA SIMULAÇÃO 1 E 2. ........................................ 88 FIGURA 8.1: COMPRESSÃO DAS CAMADAS DE MATERIAL DE ESPUMA NA SIMULAÇÃO 1 E 2. .......................................... 90

xv

Índice de Tabelas TABELA 1: NÚMERO DE MATRÍCULAS EM CIRCULAÇÃO NO ANO DE 2005 (FONTE: ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE

SEGURADORES) ........................................................................................................................................ 8 TABELA 2: CONDUTORES VÍTIMAS EM PORTUGAL NO ANO DE 2005. ........................................................................ 11 TABELA 3: CONDUTORES VÍTIMAS EM PORTUGAL NO ANO DE 2005. ........................................................................ 12 TABELA 3: TIPOLOGIA DAS COLISÕES ENVOLVENDO VEÍCULOS DE DUAS RODAS ISO13232. ........................................... 17 TABELA 4: MODELOS REAIS E COMPUTACIONAIS DOS VEÍCULOS ENVOLVIDOS NO ACIDENTE. .......................................... 19 TABELA 5: DADOS DOS CONDUTORES DOS VEÍCULOS ENVOLVIDOS NO ACIDENTE. ........................................................ 20 TABELA 6: VALORES OBTIDOS NA SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL............................................................................... 24 TABELA 7: CARACTERÍSTICAS GERAIS DO CAPACETE ................................................................................................ 25 TABELA 9: MODELOS REAIS E COMPUTACIONAIS DOS VEÍCULOS ENVOLVIDOS NO ACIDENTE ........................................... 29 TABELA 10: DADOS DOS CONDUTORES DOS VEÍCULOS ENVOLVIDOS NO ACIDENTE. ...................................................... 29 TABELA 11: COMPARAÇÃO DAS DISTÂNCIAS PERCORRIDAS PELO MOTOCICLO A CIRCULAR À VELOCIDADE OBTIDA NA

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL E A CIRCULAR À VELOCIDADE DE CIRCULAÇÃO IMPOSTA NO LOCAL. ............................ 36 TABELA 11: CARACTERÍSTICAS GERAIS DO CAPACETE .............................................................................................. 37 TABELA 13: NÚMERO DE INQUÉRITOS REALIZADOS PELO COST357. ........................................................................ 44 TABELA 13: VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DE TERMOPLÁSTICO E MATERIAIS COMPÓSITOS NO FABRICO DE

CAPACETES. ........................................................................................................................................... 56 TABELA 15: CLASSIFICAÇÃO AIS DO NÍVEL DE LESÕES NA CABEÇA (AAAM 2005). ...................................................... 61 TABELA 15: NORMAS DE HOMOLOGAÇÃO E TESTES DE SEGURANÇA DE CAPACETES MAIS UTILIZADAS. .............................. 63 TABELA 17: CARACTERÍSTICAS DO MODELO DE CAPACETE EM ELEMENTOS FINITOS. ...................................................... 72 TABELA 18: MATERIAL UTILIZADO NO CASCO DO CAPACETE. .................................................................................... 72 TABELA 18: RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES DOS TESTES DE IMPACTO DO CAPACETE DE ACORDO COM A NORMA ECE R22/05.

........................................................................................................................................................... 85 TABELA 19: RESULTADOS OBTIDOS NAS SIMULAÇÕES COM EPP/EPS. ...................................................................... 87

Introdução

1

1 Introdução

Cada vez mais os veículos de duas rodas são vistos como veículos atractivos, devido à

sua fácil aquisição e manutenção, facilidade de deslocação no trânsito e estacionamento, bem

como pelos baixos consumos que apresentam. Porém, os acidentes rodoviários envolvendo

veículos de duas rodas ocorrem em Portugal em números preocupantes e, ao contrário dos

acidentes envolvendo apenas as outras classes de veículos, à maioria destes acidentes estão

associadas consequências nefastas para os utilizadores destes mesmos veículos. Este facto

deve-se às características dos veículos de duas rodas e à grande vulnerabilidade a que os

seus condutores estão sujeitos em caso de acidente, onde o único equipamento com protecção

efectiva é o capacete. Torna-se, então, imperativo o estudo da segurança dos capacetes em

caso de acidente, tendo em conta o seu papel fundamental enquanto linha ténue que separa a

vida da morte em caso de acidente. Neste capítulo é apresentada a motivação para o

desenvolvimento desta tese, bem como uma revisão bibliográfica e os objectivos e organização

da tese.

1.1 Motivação

Os números da sinistralidade rodoviária em Portugal são, reconhecidamente, dos mais

elevados na Europa. De acordo com a base de dados elaborada com recurso aos elementos

fornecidos pela DGV, só no ano de 2005 ocorreram 10491 acidentes com vítimas envolvendo

veículos de duas rodas, dos quais resultaram 342 vítimas mortais (condutores e passageiros

de veículos de duas rodas). Torna-se premente o estudo e compreensão do fenómeno que

poderá estar na origem da ocorrência de tão elevado número de acidentes com vítimas e de

que forma se pode reduzir as suas consequências. Uma vez que em Portugal, não existe um

estudo apoiado no que diz respeito à prioridade de investimentos em segurança rodoviária,

observa-se um forte condicionamento do planeamento daquela que seria uma estratégia de

prevenção rodoviária. Impõe-se, portanto, a implementação de um plano fundamentado em

estudos que visam identificar os factores críticos na ocorrência dos acidentes, a que estão

sujeitos os condutores de veículos de duas rodas.

Através da figura 1.1 (fonte: Care [1]), é possível verificar, que a nível europeu, o

número de vítimas mortais (condutores e passageiros) com veículos de duas rodas apresenta

valores preocupantes, nomeadamente, em países como a França (FR), Espanha (ES), Reino

Unido (UK), Grécia (EL) e Portugal (PT), concluindo-se que este não é apenas um problema de

Portugal, mas da generalidade dos países europeus. Como cada país apresenta uma realidade

diferente no que concerne a estratégias rodoviárias (devido a um conjunto de factores de

ordem interna e geográficos), uma das formas mais viáveis de reduzir os números de

sinistralidade rodoviária é o de aumentar a eficácia do equipamento de segurança dos

Capítulo 1

2

utilizadores dos veículos de duas rodas, centrando as atenções no equipamento que protege a

zona mais vulnerável a lesões no corpo humano: a cabeça.

Figura 1.1: Distribuição de vítimas mortais com veículos de duas rodas, por país, 1991-2005

O capacete é um equipamento que é fulcral na protecção dos utilizadores dos veículos

de duas rodas e, como tal, deve obedecer a normas de construção e de segurança, tais como:

a norma ECE R22/05, que é a mais usado no mundo; a Snell M2000/M2005, usada

fundamentalmente nos Estados Unidos da América, e outras como a CPSC e a ASTM F1447

que asseguram a qualidade do equipamento. No entanto, apesar do capacete ser um

equipamento de extrema importância, é um equipamento que ainda é testado de forma

relativamente arcaica e dispendiosa para os seus construtores, facto que leva a que muitos

sejam produzidos e introduzidos no mercado sem a devida homologação. Como tal existe uma

profunda necessidade de desenvolver metodologias e modelos computacionais que optimizem

a segurança dos utilizadores de veículos de duas rodas, e que ao mesmo tempo proporcionem

uma redução de custos na produção para os fabricantes deste equipamento.

1.2 Revisão Bibliográfica

Desde o inicio do século e, em parte, devido à grande contribuição de Hugh De Haven,

os acidentes têm vindo a ser objecto de estudos com o objectivo de maximizar a segurança

dos utilizadores dos veículos rodoviários. Porém, poucos são os estudos e documentos

científicos que visam a investigação dos acidentes com veículos de duas rodas e, em

particular, o papel do capacete.

0

500

1000

1500

2000

2500

199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005

Rá

cio

po

r m

ilhã

o d

e h

ab

ita

nte

s BE

DK

EL

ES

FR

AU

PT

FI

SE

UK

Introdução

3

No entanto, existem alguns exemplos de artigos científicos realizados neste campo

como o artigo de Bosh [2], que realizou um estudo sobre os testes de impacto e requisitos de

construção dos capacetes, tendo por base teórica a norma ECE R.22 e no qual aborda todo o

procedimento inerente aos testes imposto por essa norma (tais como o modelo físico que

simula a cabeça humana e critérios de lesões) e efectuou, ainda, uma análise aos modelos

numéricos existentes da cabeça humana, demonstrando que é necessário o recurso a

simulações com elementos finitos que permitam quantificar o nível de lesões que a cabeça

humana está sujeita durante os impactos realizados nos testes. Num estudo realizado por

Ouellet e Kasantihul [3], cuja finalidade era compreender qual a influência do uso do capacete

pelos condutores e passageiros de veículos de duas rodas motorizados, demonstraram que os

condutores que não usam capacete apresentam duas a três vezes mais probabilidade de

sofrerem lesões fatais, comparativamente aos condutores que usam capacete. O estudo

demonstrou também que, de entre os condutores que sofreram acidentes, aqueles que não

usavam capacete apresentavam um risco três a quatro vezes superior de sofrer lesões

cerebrais graves e muitos graves AIS>2, quando comparados com os condutores que usavam

capacete. Por fim, este estudo concluiu que o uso do capacete pode evitar três quartos do

número de lesões cerebrais muito graves e fatais.

Também têm sido publicados alguns artigos científicos cujo objectivo é o de estudar

algumas partes e materiais que constituem um capacete. Exemplo destes estudos é o

conduzido por Mills e Gilchrist [4], cujo objectivo foi o de quantificar a eficiência dos materiais

de espuma que equipam os capacetes dos ciclistas e motociclistas no Reino Unido: procedem

a análises das condições em que os capacetes são testados, observam o comportamento do

casco exterior rígido do capacete e analisam impactos de capacetes em superfícies que

apresentam baixos valores de rigidez. Outro dos trabalhos publicados é o realizado por Pinnoji

e Mahajan [5], onde foram usados e desenvolvidos modelos computacionais da cabeça

humana e de um capacete rudimentar para estudar as forças de contacto envolvidas num

impacto frontal da cabeça, a uma velocidade de 4 m/s, contra uma superfície rígida. Neste

trabalho foi desenvolvido um modelo da cabeça humana em elementos finitos que contempla a

pele, o crânio, fluido cérebro-espinal (CSF), o cérebro, entre outras partes que constituem a

cabeça humana. Relativamente ao modelo em elementos finitos do capacete, este consiste em

duas partes fundamentais: o casco exterior e o material de espuma interior. Também foram

efectuados estudos no âmbito dos acidentes rodoviários que tinham por base modelos

computacionais para a reconstituição de acidentes [6] e de impactos de motociclistas e

barreiras [7], no qual foi utilizado o modelo antropomórfico Hybrid III com um capacete. Por

último, é referenciado um dos estudos com maior impacto a nível europeu, efectuado pela

European CO-operation in the Field of Scientific an Techinal Research (COST), o COST 327

[8], no qual estiveram envolvidas várias instituições de diversos países europeus tais como: o

Reino Unido, França, Suíça, Escócia e Alemanha. Este estudo, que tinha como objectivo

analisar o número de fatalidades nos utilizadores de veículos de duas rodas motorizados, foi

fundamentado, essencialmente, numa investigação detalhada das lesões ao nível da cabeça

Capítulo 1

4

humana quando esta sofre impactos violentos e investigação da origem e natureza dos

acidentes na avaliação de modelos da cabeça humana. O estudo conta também com a

modelação e simulação com elementos finitos de impactos do capacete, nas quais utilizaram

alguns modelos tais como a Hybrid III dummy head, de forma a quantificar os níveis de

aceleração linear a que a cabeça humana está sujeita em caso de impacto.

1.3 Objectivos e Organização do Trabalho

O principal objectivo desta tese é o de desenvolver e estudar um modelo de capacete,

que possa minimizar o número de fatalidades e o nível de lesões na cabeça humana em

acidentes rodoviários com veículos de duas rodas. Para a concretização deste objectivo foram

efectuados inquéritos a condutores de veículos de duas rodas motorizados, com a colaboração

das autoridades policiais, inquéritos estes que estão inseridos no projecto europeu com o qual

o IST está a colaborar e a representar Portugal, o projecto COST Action 357 Accident

Prevention Options With Motorcycle Helmets (PROHELM). Foi desenvolvido também um

modelo em CAD Solidworks, a partir do qual serão exportadas as geometrias para o programa

de elementos finitos Ansys Workbench, onde, então, serão realizadas as malhas em elementos

finitos. Posteriormente procede-se ao tratamento numérico no Microsoft Office Excel para que

possam ser implementados no Madymo (Mathematical DYnamics MOdel), permitindo a

interacção entre sistemas de corpos múltiplos e elementos finitos transientes.

Ao nível da organização de trabalho, no capítulo 2, aborda-se toda a temática dos

capacetes associados à sinistralidade rodoviária com veículos de duas rodas e a influência do

capacete, em Portugal, no ano de 2005.

No capítulo 3 expõem-se casos reais de acidentes e respectivas simulações

computacionais elaboradas no software Pc-Crash, envolvendo veículos de duas rodas cujos

condutores estavam equipados com capacete, com o intuito de identificar em que condições

ocorreram esses acidentes, correlacionando os danos que os capacetes apresentam e as

lesões sofridas pelos condutores desses veículos.

No capítulo 4 é apresentado o trabalho efectuado no âmbito do projecto europeu Cost

357, que consistiu na recolha de informação relativa ao capacete, no qual participou não só

Portugal, bem como países como, Grécia, Itália, Alemanha, Irlanda e Turquia.

No capítulo 5 será introduzido o capacete, uma descrição do capacete e das diferentes

partes constituintes, bem como um resumo do processo de fabrico e testes de segurança a

este equipamento. Será também feita uma introdução à cabeça humana e o mecanismo de

lesões que lhe está associada o HIC (Head Injury Criterium) (NHTSA, 1972).

No capítulo 6 apresentam-se os modelos computacionais desenvolvidos nesta tese e a

descrição da metodologia empregue nos testes de impacto com recurso ao software Madymo

(Mathematical DYnamics MOdel).

No capítulo 7 são apresentados e discutidos os resultados dos testes de impacto

realizados com os modelos computacionais.

Introdução

5

No capítulo 8 são apresentadas as conclusões sobre o trabalho efectuado.

No capítulo 9 são sugeridos alguns desenvolvimentos futuros.

Análise Estatística de Acidentes

7

2 Análise estatística de acidentes

Neste capítulo procede-se a uma análise dos acidentes envolvendo veículos de duas

rodas, em Portugal, no ano de 2005, dos quais resultaram vítimas. Esta análise foi efectuada

com recurso à base de dados fornecida pela DGV [9] e tem como objectivo identificar e isolar

alguns dos factores mais relevantes na ocorrência destes acidentes, nomeadamente, os

factores relacionados com os veículos e os factores humanos, de forma a estabelecer uma

analogia com o uso do capacete.

2.1 Factores relacionados com os veículos.

No ano de 2005, no que se refere a veículos de duas rodas (VDR), verificaram-se 342

vítimas mortais (condutores e passageiros), como se observa na figura 2.1.

Figura 2.1: Número de vítimas mortais em Portugal no ano de 2005.

Porém o problema é ainda mais grave quando se compara o número de vítimas mortais

em Portugal, entre as diversas categorias, com o número de veículos em circulação. Com

recurso à tabela 1, é possível constatar que, apesar, do número de motociclos em circulação

em Portugal ser muito inferior ao número de veículos ligeiros, representando uma parcela de

2,7% do total de veículos em circulação em Portugal contra os 72,5% que representam os

veículos ligeiros, o número de mortes por cada 1000 veículos em circulação em motociclos é

bem superior, ou seja, cerca de 8 vezes mais, como está explicitado na figura 2.2. Outro facto

com muito relevo é a soma do número de fatalidades por cada 1000 veículos em circulação em

Portugal, para as categorias de veículos ligeiros, pesados e restantes, ser inferior ao número

de fatalidades por cada 1000 veículos em circulação correspondentes à categoria de

ciclomotores ou de motociclos.

342

495

151

0

100

200

300

400

500

600

VDR Veículos Ligeiros Veículos Pesados

Capítulo 2

8

Tabela 1: Número de matrículas em circulação no ano de 2005 (fonte: Associação Portuguesa de Seguradores)

Categoria Número de matrículas em circulação Percentagem Ciclomotores 334987 6% Motociclos 152827 2.7% Ligeiros 4060825 72.5% Pesados 303315 5.4% Restantes 748930 13.4%

Figura 2.2: Vítimas mortais e feridos graves, por cada 1000 veículos em circulação em Portugal.

Para que se possam reduzir os números de sinistralidade associados aos veículos de

duas rodas, em relação aos números que as restantes categorias de veículos apresentam em

Portugal, é necessário perceber quais as categorias de veículos de duas rodas mais críticas e

de que forma ocorrem os acidentes com essas categorias.

2.2 Distribuição por categorias

Começando por analisar o número de acidentes com vítimas segundo as diferentes

categorias dos veículos de duas rodas, conclui-se que quase 50% (46.58%) dos acidentes

ocorreram com ciclomotores, conforme se pode verificar na figura 2.3. Seguem-se os

motociclos com mais de 50cc não limitados com 19.71%; os motociclos com mais de 50cc

limitados a 25 kW, com 13.26%; os motociclos com menos de 50cc, com 6.42%; os

velocípedes com 11.77%; e, por fim, os velocípedes sem motor com 2.26%.

1,376

3,429

0,4510,218

0,0400,278

1,080

0,134 0,096 0,0440

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Ciclomotores Motociclos Ligeiros Pesados Restantes

Ferido Grave Morto


9

Figura 2.3: Percentagem de acidentes com vítimas por categoria de veículos de duas rodas.

Apesar do elevado número de ocorrências com vítimas envolvendo os ciclomotores,

esta não é a categoria com maior índice de gravidade (rácio entre o número de vítimas mortais

pelo número total de acidentes com vítimas multiplicado por 100), como se constata na figura

2.4, mas sim os motociclos com potência ilimitada (potência superior a 25 KW), seguindo-se os

motociclos limitados e os velocípedes. Verifica-se, assim, que as três categorias com maior

índice de gravidade em Portugal, no ano de 2005, foram os motociclos não limitados, seguidos

dos velocípedes e, por fim, motociclos limitados. É interessante verificar que os números de

sinistralidade associados a estas 3 categorias estão em parte, mas não só, associados à

própria natureza dos veículos como a elevada performance mecânica dos motociclos - que

proporciona a ocorrência de impactos com elevados níveis de energia envolvidos – pouca

protecção oferecida pelo veículo ao condutor, falta de visibilidade e presença que os

velocípedes apresentam relativamente às outras categorias de veículos de duas rodas,

associada à não obrigatoriedade do uso do capacete por parte do utilizador deste veículo em

particular.

Figura 2.4: Índice de Gravidade nas diferentes categorias de veículos de duas rodas.

Capítulo 2

10

2.3 Factores humanos

Relativamente ao ano de 2004, os dados da figura 2.5 indicam claramente que ouve

um decréscimo do número de vítimas mortais no ano de 2005 de 10,18%, dos feridos graves

de 15.26% e de 15.64% para feridos leves.

Figura 2.5: Sinistralidade com veículos de 2 rodas nos anos de 2004 e 2005

Embora exista uma redução significativa no número de vítimas relativamente ao ano de

2004, a solução deste problema a curto e médio prazo, passa pelo estudo e compreensão de

alguns comportamentos de condução apresentados pelos condutores de veículos de duas

rodas, tais como o uso do capacete.

Em Portugal, tal como em outros países, o uso do capacete por parte dos condutores

de velocípedes não é obrigatório, facto que se reflecte na percentagem de vítimas (condutores)

que se regista nesta categoria de veículos, verificando-se que nenhum dos condutores vítimas

mortais e feridos graves usava capacete, e onde apenas 1% dos feridos leves usava, como se

verifica na tabela 2. Em suma, nos condutores de velocípedes envolvidos em acidentes e que

usavam capacete, não se registaram vítimas mortais ou feridos graves, facto que reflecte sem

qualquer tipo de contestação, o quanto é importante o uso obrigatório do capacete.

Nas categorias de veículos de duas rodas motorizados, o uso de capacete é obrigatório

em Portugal. Na tabela 2, é possível observar a evolução do nível de lesões sofridas por

relação com a percentagem da utilização do capacete por parte dos condutores. Verificando-se

que existe um nítido agravamento do nível de lesões à medida que aumenta a percentagem de

condutores sem capacete, facto que demonstra o quanto é importante o uso do capacete, na

redução da gravidade das lesões sofridas pelos condutores de veículos de duas rodas

motorizados.

3341324

11376

3421122

9597

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Número de mortos Número de feridos graves

Número de feridos ligeiros

2004 2005


11

Com capacete Sem capacete

Em suma, no ano de 2005 em Portugal, verificou-se um nítido aumento da gravidade de leões,

no mínimo de 50% (tabela 3), na percentagem de vítimas mortais, relativamente aos feridos

leves e feridos graves, como resultado da não utilização do capacete.

Tabela 2: Condutores vítimas em Portugal no ano de 2005.

Categoria Feridos Leves Feridos Graves Vítimas Mortais

Velocípedes

Velocípedes

com motor

Ciclomotores

Motociclos com

potência

limitada

Motociclos com

potência

ilimitada

1%

99%

0%

100%

0%

100%

89%

11%

78%

22%

50%

50%

93%

7%

90%

10%

80%

20%

97%

3%

92%

8%

76%

24%

97%

3%

91%

9%

84%

16%

Capítulo 2

12

Categoria

Velocípedes

Velocípedes

com motor

Ciclomotores

Motociclos

com potência

limitada

Motociclos

com potência

ilimitada

Capítulo 2

Categoria

Velocípedes

Velocípedes

com motor

Ciclomotores

Motociclos

com potência

limitada

Motociclos

com potência

ilimitada

Tabela 3: Condutores ví

Vítimas com capacete

11%

5,7%

8,3%

7,45%

: Condutores ví


11%

1,4%

86%

5,7%

1,6%

85%

5,9%

1,3%

83%

8,3%

4,35%

75,9%

: Condutores vítimas em Portugal no ano de 2005.


89%

6,9%

1,6%8,5%

7,6%

4,35%12,3%

timas em Portugal no ano de 2005.

Vítimas

25,7%

41,8%

21,8%

22,6%

timas em Portugal no ano de 2005.

Vítimas sem capacete

3%

82%

6%

65,6%

12,5%

4,1%

60,6%

41,8

21,8

39,6%

sem capacete

3% 9%

9,4%

12,5%

4,1%9,6%

60,6%

14,6%

21,8%

16,1%

21,7%

12,5%

16,1%


13

A necessidade de implementar em Portugal uma lei que visa a obrigatoriedade do uso

do capacete por parte dos condutores de velocípedes, e uma maior fiscalização e penalização

de que quem não usa o capacete, ou usa mas indevidamente, nos veículos de duas rodas

motorizados, são factores chave a curto prazo para a redução da sinistralidade rodoviária com

veículos de duas rodas em Portugal.

Reconstituição de Acidentes Reais Envolvendo Veículos de Duas Rodas

15

3 Reconstituição de acidentes reais envolvendo

veículos de duas rodas

Neste capítulo estão presentes algumas das reconstituições de acidentes reais,

envolvendo veículos de duas rodas, que estão inseridos no âmbito de processos judiciais e

litigiosos. Estas reconstituições visavam determinar em que condições ocorreram os acidentes

reais, sendo também possível efectuar uma análise ao nível da influência do capacete na

gravidade de lesões nos condutores envolvidos.

3.1 Metodologia para a reconstituição de acidentes

A reconstituição de acidentes é efectuada com base numa análise dinâmica directa da

evolução temporal das trajectórias dos veículos intervenientes, podendo ser feitos ajustes,

dentro dos limites aceitáveis, de alguns parâmetros físicos que caracterizam a colisão e as

condições dinâmicas que condicionam os movimentos pré e pós colisão. As simulações

tridimensionais efectuadas neste capítulo foram realizadas através do software PC-Crash,

sendo neste tipo de software possível recorrer a dois tipos de modelos:

• modelo dos veículos sem ocupantes: é um modelo de corpo rígido, que é ideal para o

tipo de colisão envolvendo veículos, atrelados, e obstáculos fixos e rígidos tais como

muros, postes, árvores, etc;

• modelo de corpos múltiplos tridimensionais: este modelo mais complexo é um sistema

de corpos rígidos interconectados por juntas cinemáticas e tem como objectivo obter

simulações mais realistas e precisas em colisões que envolvem peões e veículos de

duas rodas com ocupantes, sendo possível obter para esses modelos, além dos

parâmetros relativos ao acidente (velocidade, direcção, e grau de energia de

deformação envolvido, ainda o nível de acelerações e as zonas onde ocorreram lesões

nos corpos).

A reconstituição destes acidentes passa por diferentes fases, nomeadamente, a

recolha e levantamento de informação relativa ao acidente que consta na participação de

acidente (elaborada pelas autoridades, na qual consta toda a informação relativa às condições

em que ocorreu o acidente, uma análise detalhada do grau, tipo e compatibilidade de

deformações resultantes do acidente), análise às lesões dos intervenientes, posições finais e

vestígios deixados no local onde ocorreu o acidente. Na figura 3.1, está exemplificado o

procedimento adoptado nas reconstituições de acidentes reais com recurso a simulações

computacionais presentes neste capítulo.

Capítulo 3

16

3.2

veículos de duas rodas, que ocorreram

tridimensionais são fundamentais para que se possa apurar

acidente,

veículos na via, e toda a r

extrema importância para a determinação das responsabilidades e apuramento da veracidade

Capítulo 3

Figura

Casos reais estudados

Neste capítulo serão apresentadas 2



acidente, apurando dados

veículos na via, e toda a r


Construção do cenário

Figura 3.1: Procedimento adoptado nas reconstituições de acidentes reais.


ste capítulo serão apresentadas 2



apurando dados tais como

veículos na via, e toda a restante din



Discussão e Conclusões

Procedimento adoptado nas reconstituições de acidentes reais.


ste capítulo serão apresentadas 2

veículos de duas rodas, que ocorreram entre


tais como: velocidade

estante dinâmica que caracteriza a colisão. Esta é



Discussão e Conclusões


ste capítulo serão apresentadas 2 reconstituições de acidentes reais envolvendo

entre 2005 e 2007


: velocidade de circulação

âmica que caracteriza a colisão. Esta é


Recolha de Informação


reconstituições de acidentes reais envolvendo

2005 e 2007 em Portugal. Estas reconstituições

tridimensionais são fundamentais para que se possa apurar em que

de circulação antes da colisão, posição dos

âmica que caracteriza a colisão. Esta é


Recolha de Informação

Simulação computacional

Processamento e análise de informação



em Portugal. Estas reconstituições

em que condições ocorreu o

antes da colisão, posição dos

âmica que caracteriza a colisão. Esta é uma ferramenta de


Simulação computacional

Processamento e análise de informação

Análise das deformações dos veículos

intervenientes

Análise das lesões dos ocupantes dos veículos

Análise dos vestígios deixados na via




condições ocorreu o


uma ferramenta de


Análise das deformações dos veículos

intervenientes


Análise dos vestígios deixados na via



condições ocorreu o


uma ferramenta de


Análise das deformações


Análise dos vestígios


17

dos depoimentos dos intervenientes no acidente. Na tabela 4 estão descritos quais os tipos de

colisões possíveis envolvendo veículos de duas rodas.

Tabela 4: Tipologia das colisões envolvendo veículos de duas rodas ISO13232.

Tipologia das colisões

Tipo 1: Impacto envolvendo a zona lateral do veículo de

duas rodas e a frente do outro veículo interveniente

Tipo 2: Impacto envolvendo a zona da frente do veículo de


Tipo 3: Impacto envolvendo a zona da frente do veículo de

duas rodas e a lateral do outro veículo interveniente

Tipo 4: Impacto sob um determinado ângulo envolvendo a

zona da frente do veículo de duas rodas e a lateral do outro

veículo interveniente

Tipo 5: Impacto envolvendo a zona frontal do veículo de

duas rodas e a traseira do outro veículo interveniente

Tipo 6: Impacto envolvendo a zona traseira do veículo de


Tipo 7: Atropelamento, colisões contra obstáculos fixos ou

ainda colisões com outros veículos de duas rodas

Capítulo 3

18

Estes casos são de extrema importância para a compreensão das condições em que

ocorrem os acidentes com veículos de duas rodas envolvendo outros veículos, e quais as

consequências que destes resultam. Permitirá também aferir quais as zonas afectadas do

capacete utilizado pelos condutores dos veículos de duas rodas e comparar com o tipo e grau

de lesões sofridas por estes mesmos condutores.

3.2.1 Caso nº1: Colisão entre um ciclomotor e um veículo ligeiro

Este acidente de trânsito, do qual resultou um ferido ligeiro e um ferido grave, ocorreu

numa Estrada Nacional; num traçado de piso betuminoso e de configuração recta com dois

sentidos de circulação, separados por uma marca longitudinal do tipo M1 (traço descontínuo), o

local é dotado de boa iluminação e a velocidade máxima permitida no local na data em que

ocorreu o acidente era de 50 km/h, sob condições atmosféricas de bom tempo e de boa

visibilidade. Tratou-se de uma colisão entre dois veículos, um veículo da classe ligeiro de

passageiros da marca opel, modelo Corsa B, e um veículo da classe ciclomotor da marca

Honda, modelo Lead AF20, quando o veículo ligeiro de passageiros efectuava uma

ultrapassagem e invadiu a via de circulação contrária (na qual circulava o ciclomotor) colidindo

então frontalmente com o ciclomotor. Na figura 3.2 as letras “A” e “B” indicam os sentidos de

circulação do veículo ligeiro de passageiros e do ciclomotor respectivamente, e a letra “C”, o

provável ponto de impacto inicial.

Figura 3.2: Local onde ocorreu o acidente com indicação dos sentidos de circulação de ambos os veículos.

Após a ocorrência do acidente registaram-se na via alguns vestígios que são de

elevada importância para a determinação de parâmetros necessários para a realização da

reconstituição do acidente, tais como manchas de sangue, deixadas pelo condutor do

ciclomotor, indicando a posição na qual este ficou imobilizado após o acidente, e o rasto de

travagem deixado pelo veículo ligeiro de passageiros no pavimento e que permite, a partir da


19

medição do seu comprimento, calcular (equação 3.1) qual a velocidade mínima de circulação

deste veículo.

� = �� × � × �� ± � (3.1) g: aceleração da gravidade;

d: distância de travagem;

µ: coeficiente de atrito;

m: inclinação da estrada.

3.2.1.1 Modelos e características dos veículos

No que se refere aos veículos intervenientes neste acidente, na tabela 5, são

apresentados os modelos reais e os respectivos modelos computacionais utilizados na

reconstituição.

Tabela 5: Modelos reais e computacionais dos veículos envolvidos no acidente.

Características dos veículos

Modelo real do veículo Modelo do veículo usado na visualização da simulação

computacional Ligeiro de

passageiros

Marca: Opel Modelo: Corsa B Massa: 880 kg

Ciclomotor Marca: Honda Modelo: Lead AF20 Massa: 80 kg

Os modelos de veículos usados com o propósito de visualização na simulação

computacional, apesar de apresentarem algumas diferenças com os modelos reais, não têm

influência na simulação, porque as características mecânicas dos veículos reais, tais como

dimensões, massa e performances são as mesmas dos modelos usados na simulação.

3.2.1.2 Factor humano

Na Tabela 6 estão presentes os dados alusivos aos condutores dos veículos

envolvidos no acidente.

Capítulo 3

20

Tabela 6: Dados dos condutores dos veículos envolvidos no acidente.

Condutor do veículo ligeiro de passageiros

Condutor do ciclomotor

Idade 21 anos 27 anos Habilitado a conduzir o veículo Sim Sim Tempo de licença de condução 3 anos 11 anos Massa1 80 kg 80 kg Taxa de alcoolemia 0 g/l 1.22 g/l Presença de substâncias psicotrópicas - -

Na figura 3.3 estão presentes as diferentes etapas da sequência do acidente, e que

podem ser altamente condicionadas por alguns dos dados alusivos aos condutores,

nomeadamente, a taxa de alcoolemia e a presença de substâncias psicotrópicas. Todos estes

dados são de extrema importância para a simulação computacional, permitindo efectuar

correlações entre a capacidade e competência de condução de um veículo, os tempos de

processamento, análise e reacção que um condutor apresenta perante uma eventual situação

de perigo, e podem revelar-se um factor fulcral na ocorrência do acidente, bem como nas

consequências que deste podem advir.

Figura 3.3: Etapas necessárias à imobilização de um veículo.

3.2.1.3 Deformações dos veículos

Ao nível das deformações dos veículos constatou-se que relativamente ao veículo

ligeiro de passageiros, não foi fornecido qualquer suporte fotográfico que permitisse quantificar

os níveis de energia aos quais foi submetido no impacto. Porém, no processo é referenciado

que este veículo apresenta danos na parte frontal do lado esquerdo, o que é importante para

que se possa efectuar uma correspondência de deformações entre ambos os veículos e para a

percepção da dinâmica do acidente.

1 Nota: A consideração de uma massa total mais rigorosa para os ocupantes dos veículos na simulação

não afecta significativamente os resultados da mesma.


21

Na figura 3.4 estão presentes as deformações resultantes no ciclomotor como

consequência directa do acidente, verificando-se que este veículo se encontra parcialmente

destruído e desacoplado (ficando mesmo sem a roda dianteira e traseira), relevando que este

veículo sofreu múltiplos impactos de elevada intensidade.

a) b)

Figura 3.4: Deformações existentes no ciclomotor.

Analisando o tipo e compatibilidade de deformações entre ambos os veículos, conclui-

se que o acidente ocorreu em duas fases distintas. Na primeira fase ocorreu um impacto

primário que envolveu elevados níveis de energia de deformação, no qual o veículo ligeiro de

passageiros embate com o canto dianteiro esquerdo na lateral do ciclomotor, como está

ilustrado na figura 3.5.

Figura 3.5: Exemplificação da forma como ocorreu a colisão inicial entre ambos os veículos.

Após este primeiro impacto, ocorre a segunda fase do acidente, na qual o motociclo foi

projectado contra uma habitação existente no local do acidente.

3.2.1.4 Lesões dos condutores envolvidos no acidente

Como já foi referenciado anteriormente, este acidente provocou um ferido ligeiro e um

ferido grave, tendo o condutor do veículo ligeiro de passageiros apenas sofrido ferimentos

ligeiros pouco significativos, enquanto o condutor do ciclomotor sofreu diversas lesões

exemplificadas na figura 3.6.

Capítulo 3

22

Figura 3.6: Lesões sofridas pelo condutor do ciclomotor.

Destas lesões destacam-se fracturas múltiplas ao nível da perna esquerda, fractura da

clavícula e braço esquerdo e um traumatismo craniano.

3.2.1.5 Dinâmica do acidente

Este acidente caracteriza-se como sendo uma colisão do tipo 2 (tabela 4), na qual o

veículo ligeiro de passageiros, ao efectuar uma manobra de ultrapassagem, invadiu a via de

circulação contrária, na qual circulava o ciclomotor, como está exemplificado na figura 3.7

Figura 3.7: Dinâmica do acidente.

Como consequência directa desta manobra ambos os veículos colidiram frontalmente.


23

3.2.1.6 Simulação Computacional

Para a realização da simulação computacional foi possível calcular, a velocidade

mínima de circulação para o veículo ligeiro de passageiros, tendo-se considerado uma gama

de coeficientes de atrito para um piso regular e seco entre 0,55 e 0,8, para um comprimento de

rastos de travagem de 17 metros (medido pelas autoridades), obtendo-se um valor mínimo de

48,73 km/h e um valor máximo de 58,77 km/h. Como não foram registados quaisquer tipo de

rastos de travagem deixados pelo ciclomotor, não foi possível determinar o valor da velocidade

deste veículo que, como tal, será determinada na simulação computacional.

Na figura 3.8 estão presentes os fotogramas da simulação na qual se obteve melhor

correlação com as posições finais, deformações e dinâmica de colisão.

t = 0 s – Impacto inicial t = 0.075 s – Ciclomotor e

condutor são projectados t = 0.1 s – Condutor do ciclomotor embate com a cabeça no pilar “A”

t = 0.24 s – Condutor do

ciclomotor é projectado no ar t = 0.54 s – Condutor do

ciclomotor é projectado no ar t = 0.95 s – Condutor do

ciclomotor é projectado no ar

t = 1.275 s – Condutor do

ciclomotor é projectado no ar de encontro ao pavimento

t = 1.53 s – Condutor do ciclomotor embate é projectado com a violência do impacto no

pavimento

t = 2.745 s – Ciclomotor e condutor imobilizados

Figura 3.8: Fotogramas da simulação computacional.

Nesta simulação foi utilizado um coeficiente de atrito de 0.7 e um coeficiente de

restituição de 0.1 (choque plástico). Como se pode constatar com recurso à figura 3.9, as

posições finais dos veículos estão em conformidade com as posições finais presentes no

croqui elaborado pelas autoridades chamadas ao local.

Capítulo 3

24

computacional,

envolvidos no acidente

ciclomotor.

aceleração na cabeça durante o acidente

aceleração,

3.2.1.7

Capítulo 3

Figura

Na tabela

computacional, nomeadamen

envolvidos no acidente

ciclomotor.

Velocidade Velocidade de circulação do ciclomotorAceleração máxima (t = 0.104 s) na cabeça do condutor do ciclomotor

Na figura


aceleração, 1424.24 m/s

Figura 3.10

3.2.1.7 Análise ao capacete

Figura 3.9: Posições finais dos veículos e condutor do ciclomotor.

tabela 7 estão

nomeadamen

envolvidos no acidente e a

Tabela 7:

Velocidade de circulação do veículo ligeiro de passageirosVelocidade de circulação do ciclomotorAceleração máxima (t = 0.104 s) na cabeça do condutor do ciclomotor

figura 3.10 está presente um gráfico


1424.24 m/s2, ocorre no instante 0,104 segundos

10: Evolução temporal da aceleração

Análise ao capacete

: Posições finais dos veículos e condutor do ciclomotor.

estão presentes os resultados mais relev

nomeadamente, os valores das velocidades de circula

e a resultante de

: Valores obtidos na simulação computacional.

de circulação do veículo ligeiro de passageirosVelocidade de circulação do ciclomotorAceleração máxima (t = 0.104 s) na cabeça do condutor do ciclomotor

stá presente um gráfico


, ocorre no instante 0,104 segundos

: Evolução temporal da aceleração

Análise ao capacete


presentes os resultados mais relev

os valores das velocidades de circula

resultante de aceleração máxima

Valores obtidos na simulação computacional.

de circulação do veículo ligeiro de passageirosVelocidade de circulação do ciclomotor Aceleração máxima (t = 0.104 s) na cabeça do condutor do ciclomotor

stá presente um gráfico que exprime

aceleração na cabeça durante o acidente, no qual

, ocorre no instante 0,104 segundos

: Evolução temporal da aceleração na cabeça do condutor do ciclomotor.


presentes os resultados mais relev

os valores das velocidades de circula

ração máxima


de circulação do veículo ligeiro de passageiros

Aceleração máxima (t = 0.104 s) na cabeça do condutor do ciclomotor

que exprime a evolução da resultante de

, no qual se verifica que o valor máximo de

, ocorre no instante 0,104 segundos.

na cabeça do condutor do ciclomotor.


presentes os resultados mais relevantes da simulação

os valores das velocidades de circulação dos

ração máxima na cabeça do condutor do


Aceleração máxima (t = 0.104 s) na cabeça do condutor do ciclomotor

a evolução da resultante de

verifica que o valor máximo de



antes da simulação

ção dos veículos

na cabeça do condutor do

59±5 km/h 30±5 km/h 145.33 g




antes da simulação

veículos

na cabeça do condutor do




25

Na tabela 8 estão presentes as principais características do capacete que o condutro

do ciclomotor usava na altura do acidente.

Tabela 8: Características gerais do capacete

Tipo de capacete Jacto sem viseira Fabricante Fábrica de produtos plásticos Nedina, Lda.

Marca e Modelo NDN/Nedimoto Cinta Jugular Não apresenta cinta jugular

Forro acolchoado Não apresenta forro acolchoado Cor Vermelho

Homologação Não possui nenhum tipo de homologação Material Desconhecido

Analisando a figura 3.11 a), o capacete apresenta marcas de impacto com um objecto

rígido (perfeitamente compatível com um impacto contra o pilar “A” de um veículo ligeiro de

passageiros) nas zonas 22 e 24. Através da figura 3.11 b), verifica-se que o capacete

apresenta algumas falhas ao nível da superfície do casco rígido ao longo das zonas 21 e 23, e

estes são danos que revelam um impacto vertical do capacete com a superfície do pavimento.

a) b)

Figura 3.11: Danos no capacete.

Na figura 3.12 está presente um capacete esquemático, onde são indicadas as áreas

nas quais o capacete sofreu danos.

Figura 3.12: Zonas onde o capacete apresenta danos, pormenores a vermelho.

Na figura 3.13 estão indicadas as zonas onde o capacete sofreu o impacto inicial e o

segundo impacto.

Capítulo 3

26

Figura 3.13: Indicação das zonas onde ocorreram impactos no capacete.

Com recurso à figura 3.14, na qual está representado um modelo genérico da cabeça

humana, desenvolvida com recurso a um software CAD-3D, conclui-se que o primeiro impacto

sofrido no capacete ocorreu segundo os planos XY e ZX e, o segundo impacto, segundo o

plano YZ.

Figura 3.14: Modelo CAD-3D da cabeça humana, com indicação do centro de gravidade e planos

XY, YZ e ZX.

Com recurso à figura 3.15 verifica-se que este capacete não possuiu nenhum tipo de

material no seu interior.

Figura 3.15: Foto do interior do capacete.

Material interior que permite reduzir os níveis de aceleração na cabeça, dissipando

energia em caso de impacto, ou mesmo proporcionar algum tipo de conforto e fixação do

capacete à cabeça.


27

3.2.1.8 Discussão

Da análise das fotografias, lesões, cálculos efectuados e reconstituição do acidente,

bem como de todos os documentos disponibilizados para este caso, conclui-se que este

acidente teve origem na manobra de ultrapassagem efectuada pelo veículo ligeiro de

passageiros a um veículo que circulava à sua frente, invadindo a faixa contrária onde circulava

o ciclomotor, e na velocidade excessiva (relativamente à velocidade máxima permitida no local)

que esta manobra exigiu; quanto ao condutor do ciclomotor, este apresentou um valor de taxa

de álcool no sangue de 1.22 g/l (valor máximo de álcool no sangue permitido por lei em

Portugal é de 0.5 g/l) quando submetido às análises de despiste da presença de álcool no

sangue, encontrando-se entre o estado de euforia e de excitação. No entanto, devido à baixa

velocidade com que circulava o ciclomotor, este foi um factor que não foi decisivo para a

ocorrência do acidente, desempenhando, porém, um papel importante nas consequências do

acidente, visto que o álcool prolonga o efeito de recuperação do organismo no caso de este

estar sujeito a infecções, como também dilata e relaxa os vasos sanguíneos, aumentando o

fluxo sanguíneo. Em caso de lesão ou ferimento exposto, o organismo, sob a influência de

álcool, perde sangue com maior rapidez, aumentando o risco de morte e de lesões graves.

Relativamente ao capacete usado pelo condutor do ciclomotor acidente, fabricado

numa fábrica de plásticos portuguesa (não produz capacetes homologados, no entanto, possui

um novo modelo que está prestes a ser homologado, destinado ao mercado externo), este não

oferece qualquer tipo de segurança, uma vez que não possui forro ou qualquer tipo de

revestimento interno, e não possui cinta jugular que permita prender o capacete à cabeça, não

evitando, assim, que o capacete seja projectado da cabeça do utilizador em caso de acidente.

Assim, conclui-se que este acidente deveu-se a uma manobra perigosa por parte do

condutor do veículo ligeiro de passageiros. Porém, as lesões graves que resultaram no

condutor do ciclomotor, nomeadamente, o traumatismo craniano, poderiam ter sido evitados se

o condutor do ciclomotor estivesse equipado com um capacete homologado e em bom estado,

em particular com cinta jugular, pois assim as probabilidades do capacete ser projectado da

cabeça com o impacto seriam muito reduzidas. Outro dos aspectos do capacete que também

deve ser referenciado é o facto de se tratar de um capacete do tipo jacto que, mesmo

homologado e em perfeitas condições, não oferece qualquer tipo de protecção ao nível do

rosto, ao contrário de um capacete integral.

3.2.2 Caso nº2: Colisão entre um motociclo de potência ilimitada e um veículo ligeiro

de mercadorias

Este acidente de trânsito, do qual resultou um ferido ligeiro e um ferido grave, ocorreu

numa Estrada Nacional; numa via de piso betuminoso em bom estado de conservação, num

cruzamento precedido de recta, com dois sentidos de circulação, separados por uma marca

longitudinal do tipo M1. O local é dotado de boa iluminação e a velocidade máxima permitida

Capítulo 3

28

no local na data em que ocorreu o acidente era de 50 km/h. O acidente ocorreu sob condições

atmosféricas de bom tempo e de boa visibilidade. Tratou-se de uma colisão entre dois veículos,

um veículo da classe ligeiro de mercadorias da marca Nissan (modelo Cabstar 120-35/3) e um

veículo da classe motociclo da marca Hyosung (modelo Gv-250), em que o veículo ligeiro de

mercadorias pretendia sair de um cruzamento com paragem obrigatória, sinalizada com um

sinal de trânsito vertical C2, de forma a passar a circular na Estrada Nacional, quando foi

embatido na lateral da caixa de carga por um motociclo que circulava na mesma Estrada

Nacional, e na qual existia um sinal de trânsito vertical B8 que indicava a existência de

cruzamento com via sem prioridade, e um sinal de trânsito vertical C14a (proibido ultrapassar).

Na figura 3.16 está presente o local onde ocorreu o acidente, na qual estão indicados os

sentidos de circulação dos veículos e a sinalização presente no local.

Figura 3.16: Imagem do local onde ocorreu o acidente, com indicação dos sentidos de circulação e sinalização presente no local.

Após a ocorrência do acidente, registaram-se na via alguns vestígios que são de

elevada importância para a determinação de alguns parâmetros necessários para a realização

da reconstituição do acidente, como, por exemplo, vestígios de sangue com 0,5 metros de

comprimento e 1.5 metros de largura, deixadas pelo condutor do motociclo, indicando a

posição na qual este ficou imobilizado após o acidente, e o rasto de travagem deixado pelo

veículo ligeiro de passageiros no pavimento, que permite, através da medição do seu

comprimento, calcular através da equação 3.1 qual a velocidade mínima de circulação deste

veículo.


29

3.2.2.1 Modelos e características dos veículos

No que se refere aos veículos intervenientes neste acidente, na tabela 9, são

apresentados os modelos reais e os respectivos modelos computacionais utilizados na

reconstituição.

Tabela 9: Modelos reais e computacionais dos veículos envolvidos no acidente

Tipo de veículos Modelo real do veículo Visualização do veículo usado na

visualização da simulação computacional

Ligeiro de mercadorias

Marca: Nissan Modelo; Cabstar 120-35/3 Massa: 2302 kg Motociclo Marca: Hyosung Modelo: Gv-250 Massa: 150 kg

Os modelos de veículos usados com o propósito de visualização na simulação

computacional, apesar de apresentarem algumas diferenças com os modelos reais, não têm

influência na simulação, porque as características mecânicas dos veículos reais, tais como

dimensões, massa e performances são as mesmas dos modelos usados na simulação.

3.2.2.2 Factor humano

Na tabela 10, estão presentes os dados alusivos aos condutores dos veículos

envolvidos no acidente.

Tabela 10: Dados dos condutores dos veículos envolvidos no acidente.

Condutor do veículo ligeiro de mercadorias

Condutor do motociclo

Idade 39 anos 40 anos Habilitado a conduzir o veículo Sim Sim Tempo de licença de condução 15 anos 3 anos Massa1 75 kg 75 kg Taxa de alcoolemia 0 g/l 0 g/l Presença de substâncias psicotrópicas - -

De acordo com os dados presentes na tabela 10, ambos os condutores dos veículos

envolvidos no acidente estavam legalmente habilitados à sua condução, e não se encontravam

com álcool no sangue.

Capítulo 3

30

3.2.2.3 Deformações dos veículos:

Foi efectuada uma análise das deformações dos veículos, com base nas fotografias dos

veículos acidentados, as quais são importantes não só para a determinação da dinâmica do

acidente, como para a estimativa das energias absorvidas.

3.2.2.3.1 Veículo ligeiro de mercadorias

As deformações existentes no veículo ligeiro de mercadorias são apresentadas na

figura 3.17. As deformações localizam-se na lateral esquerda do veículo (taipal, caixa de

carga). Como se pode constatar na figura 3.17 (a), estes danos estão localizados praticamente

a meio do veículo (possui 6 metros de comprimento). Atendendo à figura 3.17 (b), verifica-se

que o taipal, apesar de apresentar deformações, estas não são muito acentuadas devido à

elevada rigidez que apresenta. Estas deformações também indicam que o motociclo embateu

nessa zona com um determinado ângulo maior do que zero, devido ao prolongamento das

deformações que se verifica.

a) Foto da zona onde se registaram

deformações b) Foto com pormenor das deformações na

caixa de carga Figura 3.17: Deformações existentes no veículo ligeiro de mercadorias.

O facto das deformações se encontrarem sensivelmente, a meio do veículo ligeiro de mercadorias, e atendendo ao seu comprimento, é possível afirmar que, no instante em que ocorreu a colisão, o veículo ligeiro de mercadorias estaria, em qualquer que fosse a circunstância, a ocupar toda a via de circulação na qual circulava o motociclo.

3.2.2.3.2 Motociclo

As deformações existentes no motociclo são apresentadas na figura 3.18. Localizam-

se, principalmente, na frente e lateral esquerda (atendendo à posição de condução) do veículo.

Os danos mais relevantes que este veículo apresenta são:

� Coluna de direcção.

� Conjunto de instrumentos;

� Depósito de combustível;

� Estrutura (quadro);


31

� Farol;

� Guarda-Lamas;

� Radiador;

� Retrovisor direito;

� Retrovisor esquerdo;

� Suspensão frontal;

Na figura 3.18 a) constatam-se deformações na suspensão frontal, no farol frontal e

instrumentos, e a nível do guiador e dos espelhos retrovisores. Estas deformações indicam que

este veículo esteve sujeito a uma elevada energia de deformação. Na figura 3.18 b) é possível

constatar a existência de deformações elevadas e profundas a nível do depósito de

combustível do lado esquerdo (atendendo à posição de condução) e a barra da suspensão do

lado esquerdo encontra-se muito mais deformada, comparativamente com a do lado direito.

Estas deformações indicam que o impacto inicial se deu frontalmente sobre o lado esquerdo,

indiciando que este veículo estaria em desequilíbrio ou a circular com uma trajectória

reveladora de tentativa de desvio ou de escapar à colisão. Já na figura 3.18 c) verificam-se

deformações a nível do depósito do lado direito (atendendo à posição de condução) e do

guiador. As deformações que o guiador apresenta nestas figuras revelam que aquando da

colisão, o condutor estaria com as mãos no guiador e a força de projecção que este sofreu fez

com que empurrasse o guiador. Este é um facto que indica, inequivocamente, que o condutor,

no instante da colisão, se encontrava ainda em posição de condução. Também se verifica que

as deformações no depósito do lado direito são pouco profundas e não existem transferências

de tinta, o que indica que esta deformação não foi causada directamente pelo contacto entre

ambos os veículos devido à colisão. Por fim na figura 3.18 d), pode verificar-se uma fractura a

nível do quadro do motociclo que aparenta ter sido provocada pela colisão de ambos os

veículos. No entanto, verificam-se soldaduras nessa zona, o que indicia que essa zona já

sofreu um impacto semelhante e que pode ter sido agravado conduzindo a uma nova fractura

devido à colisão que envolveu ambos os veículos.

a) Pormenor da suspensão frontal, guarda-

lamas, farol e depósito. b) Vista da lateral esquerda (sentido do

condutor), com pormenor do depósito de combustível.

Capítulo 3

32

c) Vista da lateral direita (sentido do

condutor), com pormenor do depósito de combustível e do guiador.

d) Pormenor da fractura do quadro do motociclo.

Figura 3.18: Deformações existentes no motociclo.

Analisando o tipo e compatibilidade de deformações entre ambos os veículos, conclui-

se que as deformações que o veículo ligeiro de mercadorias apresenta são compatíveis com

uma colisão de um motociclo na zona da sua caixa de carga, que apresenta uma elevada

rigidez. Relativamente ao motociclo, as deformações que este veículo apresenta são

concordantes com uma colisão da zona frontal do lado esquerdo (atendendo à posição de

condução) contra um corpo com elevada rigidez e que ofereceu uma elevada resistência ao

impacto, deixando o motociclo com elevadas deformações.

A título comparativo, estão presentes na figura 3.19 motociclos que apresentam

deformações semelhantes, retirados de uma base de dados de EES [10], podendo constatar-se

que os danos nesses veículos são da mesma ordem de grandeza dos verificados no veículo

motociclo.

a)

b)

Figura 3.19: EES compreendido entre os 28 e os 47 Km7h.

Com recurso à figura 3.19 foi estimado um valor de EES2 (Energy Equivalent Speed)

de 35 km/h para o motociclo. Relativamente ao veículo ligeiro de mercadorias, não foi possível

estimar um valor de EES (Energy Equivalent Speed) devido à falta de veículos de referência na

base de dados disponível para o efeito.

Com base no tipo e compatibilidade de deformações que ambos os veículos

apresentam na figura 3.20 está esquematizada a forma como terá ocorrido a colisão entre

ambos os veículos

2 Energy Equivalent Speed: Velocidade de Energia Equivalente: Velocidade à qual se registariam as deformações existentes no veículo, caso estas fossem produzidas pelo embate do mesmo numa barreira rígida.


33

Figura 3.20: Exemplificação da forma como ocorreu a colisão inicial entre ambos os veículos.

3.2.2.4 Lesões dos intervenientes no acidente

Este acidente provocou um ferido ligeiro e um ferido grave, não tendo o condutor do

veículo ligeiro de passageiros sofrido qualquer tipo de lesões ou ferimentos, enquanto o

condutor do motociclo sofreu diversas lesões, nomeadamente, um traumatismo com ferida na

face, traumatismo torácico com fracturas de arcos costais e traumatismo abdominal com

contusão hepática, tal como está exemplificado na figura 3.21

Figura 3.21: Lesões sofridas pelo condutor do motociclo.

3.2.2.5 Dinâmica do acidente

Este acidente caracteriza-se como sendo uma colisão do tipo 3 (tabela 4), na qual o

veículo ligeiro de mercadorias pretendia sair de um cruzamento com paragem obrigatória, de

forma a passar a circular na E.N. 202 no sentido Ponte de Lima/Viana do Castelo, quando foi

embatido na lateral da caixa de carga por um motociclo que circulava na E.N. 202 no sentido

Viana do Castelo/Ponte de Lima, como está exemplificado na figura 3.22.

Capítulo 3

34

Figura 3.22: Dinâmica do acidente.

3.2.2.6 Simulação Computacional

Para a realização da simulação computacional foram efectuados alguns cálculos de

forma a quantificar alguns parâmetros importantes para a simulação computacional, tais como,

a velocidade máxima que o veículo ligeiro de mercadorias atinge durante a manobra que lhe

permitia sair do cruzamento e passar a circular na E.N. 202, e o cálculo da velocidade mínima

de circulação do motociclo.

Para o cálculo da velocidade de circulação do veículo ligeiro de mercadorias foram

consideradas as características mecânicas do veículo, em particular a aceleração máxima do

veículo dos 0 aos 100 km/h de 18 segundos, isto é, uma aceleração máxima de 1,53 m/s2. Com

este valor de referência da aceleração máxima, e tendo em consideração que o tipo de

manobra efectuada por este veículo nesta situação em particular demora entre 1 a 3 segundos,

com recurso à equação 3.2 (velocidade, função da aceleração e do tempo) obtiveram-se uma

valores de velocidade máxima de 5,5 km/h (1.53 m/s) para um tempo de manobra de 1

segundo, 11 km/h (3,06 m/s) para um tempo de manobra de 2 segundos e uma velocidade

máxima de 16,5 km/h (4,59 m/s) para um tempo máximo de manobra de 3 segundos.

� = � × (3.2) a: aceleração (m/s2);

t: tempo (s);

Para o cálculo da velocidade mínima de circulação do motociclo foi utilizado o

comprimento do rasto de travagem deixado no pavimento por este veículo, de 13,8 metros. No

entanto, não é possível apurar qual a velocidade de circulação antes do local onde se iniciam

os rastos de travagem. Desta forma, a velocidade estimada é uma velocidade mínima de

circulação, tendo sido utilizado um valor de EES de 35 km/h, e um coeficiente de atrito pneu-

asfalto em condições de piso regular e seco de 0,7. Também foi considerado um tempo de

actuação do sistema de travagem de 0,2 segundos e um valor de aceleração média de 3,43 m/

s2. Com recurso à equação de balanço de energia que caracteriza a colisão (equação 3.3),

obteve-se um valor de velocidade inicial de 60,65 km/h. Para a obtenção do valor mínimo de

circulação do motociclo foi considerado um tempo de actuação do sistema de travagem de 0,2


35

segundos na equação 3.4, obtendo-se um valor de velocidade mínima de circulação de 63,13

km/h.

��é�� = ��çã� + �� !�� 1

2 × �� × ��$ = 12 × �� × ��%$ + � × �� × � × �

�� = �� × � × � + �%%$

�� = 60,65 *ℎ

(3.3)

�� = �� + � ×

�� = 63.13 *ℎ

(3.2)

V: velocidade (m/s);

m: massa (Kg);

g: aceleração da gravidade (m/s2);

d: distância de travagem (m);

µ: coeficiente de atrito;

m: inclinação da estrada.

EES: Energy equivalent speed (m/s)

t: tempo (s)

Na figura 3.23 estão presentes os fotogramas da simulação na qual se obteve melhor

correlação com as posições finais, deformações e dinâmica de colisão.

t = 0 s t = 0.58 s t = 1.16 s

t = 1.78 s t = 2.48 s t = 2.94 s

t = 3.68 s t = 3.88 s t = 6.8 s

Figura 3.23: Fotogramas da simulação computacional.

Capítulo 3

36

restituição de 0.1 (choque elástico). Através da

está de ac

acidente,

todos os níveis, nomeadamente

veículos), deformações e dinâmica de colisão. A título comparativo

Equivalent Speed)

com o valor es

verificou

impacto de 13,1 Km/h, perfeitamente compatível com as características mecânicas desta

categoria de veículo e o tipo de manobra efectuada. No que diz respeito ao motociclo, obteve

se uma vel

presença e manobra efectuado pelo ligeiro de mercadorias) de 63,1±3 Km/h, sendo esta

velocidade um factor chave

cálculos efectuados na

motociclo no caso de este circular à velocidade máxima permitida no local, ou seja, 50 km/h.

Tabela

km/h,

circulava a uma v

reacção até ao ponto de impacto com o veículo ligeiro de mercadorias, se este circulass

Capítulo 3



está de acordo com o presente no croqui elaborado pelas autoridades chamadas ao local do

acidente, obtendo



Equivalent Speed)

com o valor estimado de 35 km/h.

Figura 3.24

Ao efectuar uma análise

verificou-se que o



se uma velocidade mínima de circulação no ponto de reacção (instante em que se apercebe da



álculos efectuados na


Tabela 11: Comparação das distâncias percorridas pelo motociclo a circular à velocidade obtida na simulação computacional e a circular à velocidade de circulação imposta no local.

Tempo (s)Distância percorrida a 63,Distância percorrida a 50 km/h

Com base na

, necessitaria de 28,7 m para atingir

circulava a uma v




ordo com o presente no croqui elaborado pelas autoridades chamadas ao local do

endo-se, na simulação computacional do acidente



Equivalent Speed) obtido na simulação (presente na

timado de 35 km/h.

: Gráfico com os valores de EES envolvidos no acidente para o motociclo.

Ao efectuar uma análise

se que o veículo ligeiro de mercadorias



ocidade mínima de circulação no ponto de reacção (instante em que se apercebe da



álculos efectuados na tabela


: Comparação das distâncias percorridas pelo motociclo a circular à velocidade obtida na simulação computacional e a circular à velocidade de circulação imposta no local.

Tempo (s) cia percorrida a 63,

Distância percorrida a 50 km/h

Com base na tabela

ecessitaria de 28,7 m para atingir

circulava a uma velocidade a rondar os 63±3 km/h





na simulação computacional do acidente

todos os níveis, nomeadamente, ao nível das posições finais (posições de imobilização


obtido na simulação (presente na

timado de 35 km/h.


Ao efectuar uma análise aos valores

o ligeiro de mercadorias





velocidade um factor chave para a ocorrência desta colisão Este facto

tabela 11, no sentido de obter os valores necessários à imobilização do



cia percorrida a 63,13 km/h Distância percorrida a 50 km/h

tabela 11, conclui-

ecessitaria de 28,7 m para atingir

elocidade a rondar os 63±3 km/h



restituição de 0.1 (choque elástico). Através da figura


na simulação computacional do acidente

ao nível das posições finais (posições de imobilização


obtido na simulação (presente na figura


aos valores das velocidades envolvidas nesta colisão

o ligeiro de mercadorias atingiu uma velocidade máxima no ponto de





para a ocorrência desta colisão Este facto

no sentido de obter os valores necessários à imobilização do



Reacção

1 16,83 m

13,9 m

-se que o motociclo

ecessitaria de 28,7 m para atingir a imobilização.

elocidade a rondar os 63±3 km/h



figura 3.23, verificou


na simulação computacional do acidente, uma elevada compatibilidade a



figura 3.24) de 37,


das velocidades envolvidas nesta colisão

atingiu uma velocidade máxima no ponto de





para a ocorrência desta colisão Este facto




Actuação

0.2 3,36 m 2,8 m

se que o motociclo, ao circular à velocidade de

a imobilização. Tendo em conta que este veículo

elocidade a rondar os 63±3 km/h e percorreu 34 m desde o instante de



verificou-se que o ponto de impacto


uma elevada compatibilidade a


veículos), deformações e dinâmica de colisão. A título comparativo, o valor de EES (

) de 37,5 km/h








para a ocorrência desta colisão Este facto é sustentado pelos




Travagem

- 13,8 m 12 m

ao circular à velocidade de

endo em conta que este veículo

e percorreu 34 m desde o instante de



que o ponto de impacto




o valor de EES (Energy

5 km/h é muito coerente








é sustentado pelos




Impacto

- 34 m

28,7 m

ao circular à velocidade de





que o ponto de impacto



ao nível das posições finais (posições de imobilização dos

Energy

é muito coerente




categoria de veículo e o tipo de manobra efectuada. No que diz respeito ao motociclo, obteve-



é sustentado pelos



: Comparação das distâncias percorridas pelo motociclo a circular à velocidade obtida na

ao circular à velocidade de 50



reacção até ao ponto de impacto com o veículo ligeiro de mercadorias, se este circulasse à


37

velocidade máxima permita no local, teria evitado a colisão, tendo ainda uma margem de

segurança com cerca de 5,3 m.

3.2.2.7 Análise ao capacete

Na tabela 12 estão presentes as principais características do capacete usado pelo

condutor do motociclo na altura do acidente.

Tabela 12: Características gerais do capacete Tipo de capacete Jacto com viseira

Fabricante Nau - Fábrica de Capacetes, Lda Marca e Modelo Nau / Raider

Cinta Jugular Cinta jugular com feixe de engate rápido Forro acolchoado Apresenta forro acolchoado

Cor Preto Homologação Capacete homologado pela norma ECE 22:05

Material Termoplástico

Analisando a figura 3.25, verifica-se que o capacete apresenta marcas de impacto com

um objecto rígido (perfeitamente compatível com um impacto contra o taipal da caixa de carga

de um veículo ligeiro de mercadorias) nas zonas 16 e 26 (viseira), originando a quebra da

viseira e consequentes traumatismos na face do condutor do motociclo; o casco do capacete

apresenta-se esfolado ao longo das zonas 11, 13, 15, 25 e 35, sendo este tipo de danos num

capacete originado por vários impactos que o obrigam a estar em contacto a superfície do

pavimento com alguma velocidade, durante algum tempo, e que revelam que o capacete se

manteve na cabeça do condutor do motociclo, pois, perante as mesmas condições, se o

capacete não estivesse na cabeça do condutor e apenas se contabilizasse o peso próprio do

capacete, este não conseguiria manter contacto permanente com o pavimento durante um

período de tempo considerável e teria tendência a saltar como está exemplificado figura 3.27.

a) b) c)

Figura 3.25: Danos no capacete do condutor do motociclo, com pormenor das zonas danificadas.

Na figura 3.26 está presente um capacete modelo, utilizado para indicar as áreas nas

quais o capacete sofreu danos.

Capítulo 3

38

Figura 3.26: Zonas onde o capacete apresenta danos (assinaladas a vermelho).

Figura 3.27: Comportamento de um capacete em queda que apresente a cinta jugular desapertada.

Estas deformações indicam que o condutor, após embater frontalmente na lateral da

caixa de carga do veículo ligeiro de mercadorias, terá entrado em contacto com o pavimento e

embatido várias vezes com a cabeça (com o capacete) no pavimento. Com recurso figura 3.28,

na qual está representado um modelo genérico da cabeça humana construída com recurso a

um software CAD-3D.

Figura 3.28: Modelo CAD-3D da cabeça humana, com indicação do centro de gravidade e planos

XY, YZ e ZX.

Conclui-se que o primeiro impacto (o de maior intensidade) sofrido no capacete ocorreu

segundo os planos ZX e os impactos secundários, segundo os planos XY e YZ.


39

3.2.2.8 Discussão

Da análise às fotografias, lesões, cálculos efectuados e reconstituição do acidente,

bem como de todos os documentos disponibilizados para este caso, conclui-se que o excesso

de velocidade a que circulava o motociclo foi o factor fulcral para a ocorrência do acidente uma

vez que apesar do veículo ligeiro de mercadorias ter invadido a via na qual circulava o

motociclo em virtude da manobra que efectuava, se o motociclo circulasse à velocidade

máxima permitida no local, ou seja, de 50 km/h, este teria conseguido evitar a colisão com o

veículo ligeiro de mercadorias. É importante salientar que um aumento da velocidade na ordem

dos 15% equivale a um aumento da energia e distância de travagem em cerca de 30%; no

caso em questão registou-se um aumento de velocidade na ordem dos 26%, determinante para

a ocorrência da colisão entre ambos os veículos.

O capacete presente neste caso é fabricado em Portugal pela empresa Nau, e segundo

o fabricante, é um capacete homologado pela norma ECE 22:05, uma vez que a empresa

possui um laboratório próprio - Nau NTCL (Nau Crash Test Lab) - que se encarrega de fazer os

testes que garantem que os capacetes produzidos cumpram a norma ECE 22:05, cumpram os

requisitos mínimos de segurança. O facto de este capacete ser homologado e de cumprir os

critérios de segurança impostos pela Nações Unidas foi fundamental para que o condutor do

motociclo não sofresse lesões internas graves na cabeça. Porém, mais uma vez, ficou

demonstrado que a tipologia do capacete (tipo jacto), não oferece ao utilizador nenhum tipo de

protecção ao nível do rosto e da face, ao contrário de um capacete integral, e que as

consequências de um acidente semelhante entre um motociclo e um veículo que possua

arestas mais vivas ou salientes, ou mesmo que transporte carga, poderiam originar efeitos

mais nefastos, com a utilização de um capacete do tipo jacto em detrimento de um capacete

integral.

Análise da influência do capacete nas capacidades cognitivas dos condutores

41

4 Análise da influência do capacete nas

capacidades cognitivas dos condutores

Os veículos de duas rodas motorizados representam 14% de todos os acidentes

rodoviários que ocorrem na União Europeia. Esta é uma realidade que afecta mais de 6000

pessoas anualmente na europa. As estatísticas demonstram que um capacete integral, que

apresente boas características de segurança, pode salvar vidas em caso de acidente, bem

como minimizar o nível de lesões ao nível da cabeça humana. Porém, o facto de ser

considerado seguro, não garante que o capacete este esteja optimizado para as necessidades

cognitivas do seu utilizador, minimizando distracções provocadas por alguns factores como o

ruído, o desconforto e a falta de visibilidade. Ao mesmo tempo, porque, os condutores dos

automóveis são responsáveis por cerca de metade de todos os acidentes com veículos de

duas rodas motorizados, o capacete desempenha um papel importante melhorando a

visibilidade, ou conspicuidade, da combinação condutor-veículo, pois este é, geralmente o

ponto mais alto visível, podendo ser visualizado de todas as direcções.

Dada a multiplicidade de factores que estão associados à ocorrência de acidentes com

veículos de duas rodas, o projecto COST357 (2005-2009), designado “PROHELM”, acrónimo

de Accident Prevention Options with Motorcycle Helmets, conduzido em Portugal pelo IDMEC

IST, Universidade Técnica de Lisboa, tem como objectivo principal, compreender como as

capacidades cognitivas dos condutores de veículos de duas rodas motorizados, bem como dos

condutores de outras classes de veículos, são influenciadas pelas características do capacete.

4.1 Estudo e Metodologia

O objectivo deste estudo é o de identificar quando e em que condições os capacetes

dos condutores de veículos de duas rodas motorizados não funcionam eficazmente. Esta

ineficácia permite estabelecer uma relação com como e quando os condutores são

influenciados por factores adversos no interior do capacete a nível térmico, a nível acústico, ou

ainda pelo campo de visão que a viseira do capacete oferece do trânsito circundante. De forma

a obter esses dados, foram seguidas duas estratégias distintas: a primeira visou o estudo de

acidentes reais, permitindo extrair informações importantes sobre as condições em que

ocorreram os acidentes; e a segunda teve por base a recolha de informação junto de

condutores de veículos de duas rodas que não estiveram necessariamente envolvidos em

acidentes, de forma a identificar alguns dos problemas mais comuns nos capacetes que

utilizam.

Foi realizada uma investigação em diferentes países europeus tendo através do

desenvolvimento de um questionário que visa identificar quais condições do capacete antes e

Capítulo 4

42

depois de um acidente, bem como na utilização no dia-a-dia. O questionário tem como

objectivo a obtenção de alguns dados pessoais do condutor, dados gerais do capacete, uso e

sensações do capacete por parte do condutor, e medição das limitações impostas ao condutor

pelo capacete a nível do campo de visão. Na figura 4.1 descreve-se em que consiste o

questionário, num total de 87 a 95 variáveis.

Figura 4.1: Questionário do projecto COST357.

Alguns instrumentos de medição foram desenvolvidos no sentido de poder determinar a

máxima geometria da abertura do capacete e do campo de visão. Um goniómetro foi

especialmente desenvolvido para este fim na Medical School of Hannover, como está

exemplificado na figura 4.2. O procedimento efectuado consiste no fixar do olhar, por parte do

condutor, no ponto médio presente no aparelho, enquanto o investigador move um dos pinos

de referência, de forma a identificar qual o limite subjacente à visão periférica.

Figura 4.2: Exemplificação do processo de medição do campo de visão do condutor com recurso ao goniómetro.

Os dados recolhidos no questionário incluem um total de: 87 variáveis em caso de condutores com capacete não acidentados. 95 variáveis quando o capacete do condutor esteve envolvido num acidente.

• Dados pessoais: 20 variáveis

• Dados gerais do capacete: 11 variáveis

• Características do capacete: 5 variáveis

• Estado do capacete: 5 variáveis

• Sensações provocadas pelo capacete:

14 variáveis

• Uso do capacete: 13 variáveis

• (Caso de acidente: 8 variáveis)

• Medições e avaliações: 19 variáveis


43

Também foi desenvolvido um conjunto de lentes de referência, τ=14%, 57%, 64%, 83%

e 91%, com o objectivo de quantificar a transmissibilidade de luz nas viseiras dos capacetes

testados. Foi igualmente desenvolvido um conjunto de lentes de referência, D= 2%, 8%, 16% e

25%, utilizado para quantificar o nível de difusão de luz nas viseiras dos capacetes testados.

Foi adoptado o mesmo procedimento para testar os níveis de transmissibilidade e difusão de

luz, consistindo no encostar das lentes de referência à viseira e verificar qual delas apresenta

menor discrepância com a viseira do capacete, como está exemplificado na figura 4.3.

Figura 4.3: Procedimento efectuado para quantificar a transmissibilidade e difusão de luz nas

viseiras dos capacetes investigados.

Em Portugal, a recolha de dados foi efectuada maioritariamente na região de Lisboa,

em horário diurno, entre as 8 e as 18 horas, e teve a colaboração da PSP de Lisboa,

nomeadamente em operações de paragem de condutores de veículos de duas rodas. Quando

parados a iniciativa era apresentada aos condutores eram apresentados à iniciativa recebendo

uma brochura onde se encontrava explicitado o funcionamento do projecto e eram

questionados quanto à sua disponibilidade para participar, submetendo-se ao inquérito e testes

realizados pelo IDMEC. Na Irlanda, a obtenção de dados foi conduzida pela School of

Electrical, Electonic & Mechanical Engineering of University College Dublin (UCD), e centrou-se

em dois ambientes distintos: área urbana (cidade de Dublin) e área rural (Co. Donegal). Os

métodos de obtenção de dados utilizados foram através de sites da internet; participação de

grupos de motociclistas; a colaboração das autoridades policiais, que disponibilizavam aos

condutores informação sobre o projecto convidando-os a participar.

Na Turquia, foram adoptados dois procedimentos. No primeiro no qual os condutores

que se deslocavam a dois concessionários de marcas distintas de motociclos eram convidados

a participar no projecto; e o segundo, que contou com a participação de um grupo de

motociclistas profissionais.

Na Grécia, a recolha de dados foi conduzida na região de Heraklion, capital da ilha de

Creta, através da Thechnological Educational Institute of Crete. Neste país o procedimento de

Capítulo 4

44

recolha de dados consistiu na utilização de um inquérito que tinha sido efectuado em 2006 para

contactar e recolher dados de motociclistas que estiveram envolvidos em acidentes e que

ainda possuíam o capacete.

Na Alemanha, o estudo foi levado a cabo pela Accidente Research Unit of the Medical

University Hannover (ARU-MUH), e consistiu na utilização de uma base de dados de acidentes

da German In-Depth-Accident-Study, de forma a seleccionar os casos nos quais os condutores

dos veículos de duas rodas motorizados estavam equipados com capacete, e contactá-los

posteriormente para recolherem informações. Os investigadores também se deslocaram a

locais de acidente, onde foram recolhidas informações relevantes para o questionário, e

também tiveram o apoio das forças policiais, à semelhança de Portugal.

Em Itália o estudo foi conduzido por 2 equipas do Centro Interdipartmentale di Studi e

Ricerche sulla Sicurezza Stradale (CORRS). Os investigadores através do fornecimento de

dados por parte das autoridades policiais, contactaram e realizaram inquéritos a condutores

que estiveram envolvidos em acidentes no distrito de Pavia. Também foram efectuados

inquéritos em bombas de gasolina, nos distritos de Pavia e Messina, e ainda obtiveram

cooperação de alguns estabelecimentos de ensino, onde foram distribuídos inquéritos pelos

alunos destes estabelecimentos.

4.2 Resultados

Relativamente ao total de inquéritos realizados por todos os países que participam no

projecto, com recurso à tabela 13, verifica-se que o projecto neste momento engloba um tal de

443 inquéritos, sendo 40 deles realizados por Portugal.

Tabela 13: Número de inquéritos realizados pelo COST357.

País Total de inquéritos Inquéritos referentes a acidentes

Alemanha 60 6 Grécia 100 48 Irlanda 54 11 Itália 148 46

Portugal 40 13 Turquia 41 14 Total 443 138

Para que melhor se entenda os resultados obtidos e se possa tirar daí ilações, é de

grande importância tomar em consideração alguns dos dados pessoais relativos às pessoas

que contribuíram para o projecto submetendo-se ao inquérito. Assim verificou-se que 92% dos

condutores que responderam ao inquérito, em Portugal, eram do sexo masculino e apenas 8 %

do sexo feminino (figura 4.4). Na figura 4.5, está registada a percentagem de idades dos

condutores que responderam ao inquérito em cada um dos países participantes, verificando-se

que tal como em Portugal, que a maioria dos condutores entrevistados tinham idades

compreendidas e

sobressaiu sobre os demais foi dos 15 aos 25 anos.

Figura

Ainda foram recolhidos em Portugal dados sobre o número de acidentes em que os condutores

estiveram anteriorment

colaboraram, já estiveram pelos menos uma vez envolvidos numa situação de acidente,

4.6.

Figura

compreendidas e


Figura

Figura 4.5 Percentagem de idades dos condutores que responderam ao inquérito nos países


estiveram anteriorment


Figura 4.6: Número de acidentes sofridos pelos condutores que responderam ao inquérito em

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%


compreendidas entre 26 e os 35 anos, excepto em Itália onde o intervalo de idades que


Figura 4.4: Sexo dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

Percentagem de idades dos condutores que responderam ao inquérito nos países


estiveram anteriormente envolvidos, constatando


: Número de acidentes sofridos pelos condutores que responderam ao inquérito em

DE

12%

22%

33%

20%

13%

52%


ntre 26 e os 35 anos, excepto em Itália onde o intervalo de idades que


: Sexo dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

Percentagem de idades dos condutores que responderam ao inquérito nos países participantes.


e envolvidos, constatando



8%

Masculino

IT IE

45%

17%

21%

35%

16%33%

12% 11%6% 4%

52%

15%







e envolvidos, constatando-se que cerca de 67% dos condutores que


: Número de acidentes sofridos pelos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

92%

8%

Masculino Feminino

GR

17%

33%

35%

33%

33%

24%

11%10%

4% 0%

15%

33%






se que cerca de 67% dos condutores que



Feminino

PT

28%

40%

18%

13%

3%

Um Acidente

Mais de um Acidente

Condutores que nunca sofreram acidentes









TR

30%

29%

24%

12%

5%

Um Acidente

Mais de um Acidente

Condutores que nunca sofreram acidentes







colaboraram, já estiveram pelos menos uma vez envolvidos numa situação de acidente, figura


>55

46-55

36-45

26-35

15-25


45





figura


Capítulo 4

46

Similarmente foram registadas quais as profissões dos condutores que mais responderam ao

inquérito, onde se destacam os estudantes, já que os veículos de duas rodas motorizados têm

um custo de aquisição e de manutenção inferior quanto comparado com outras categorias de

veículos como os veículos ligeiros, outra das profissões que se destacou sobre as demais, foi a

de estafeta, profissão que utiliza muito os veículos de duas rodas motorizados, essencialmente

pela fácil deslocação e estacionamento que estes veículos oferecem em meio urbano.

Figura 4.7: Profissões dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

Uma das perguntas efectuadas ainda a nível pessoal, foi o tipo de veículo de duas rodas que

conduzem, onde se constatou que 72,5% dos condutores que foram submetidas ao inquérito

conduziam motociclos não limitados, figura 4.8, verificando-se ainda que de todos os inquéritos

referentes a acidentes, realizados em Portugal, 77% envolveram precisamente motociclos não

limitados (potência superior a 25 KW).

7,5%

2,5%

5,0%

2,5%

17,5%

22,5%

2,5%

5,0%7,5%

2,5%

5,0%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

Profissões

Figura

projecto, foi recolhida a informação mais relevante para o projecto, ou

alusiva ao capacete. Assim verificou

condutores são do tipo integral (

consid

oferece nenhum tipo de protecção ao nível da face, facto que se deve em grande parte, ao

reduzido custo de aquisição destes capacetes no mercado.

submetid

“G”, cujos capacetes são de custo reduzido, ao contrário dos 30% (17.5%+12.5%) das marcas

“C” e “O”, cujos capacetes são muito utilizados em competição de veículos de duas ro

motorizados, e preço é reconhecidamente acima da média. Estas percentagens reflectem

essencialmente qual opinião dos condutores relativamente aos capacetes, quando têm que

adquirir este equipamento de segurança, onde em 22.5% dos casos o preço é o fact

importante, e em 20% dos casos o factor primordial é a qualidade geral do capacete e a

segurança,

Figura 4.8: Percentagem de veículos dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

Após a recolha de alguns danos relativos aos condutores que colaboraram com o




considerável de capacetes do tipo jacto, que ao contrário dos outros tipos de capacetes, não



Figura 4.9: Tipo de capacete utilizado pelos condutores que responderam ao inquérito.

Na figura

submetidos aos testes contemplados no questionário, verificando







segurança, figura

72,5%


: Percentagem de veículos dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.





erável de capacetes do tipo jacto, que ao contrário dos outros tipos de capacetes, não



: Tipo de capacete utilizado pelos condutores que responderam ao inquérito.

figura 4.10 estão referenciadas quais as marcas dos capacetes que mais foram

os aos testes contemplados no questionário, verificando







figura 4.11.

72,5%

60,0%

Integral





alusiva ao capacete. Assim verificou-se que em Portugal 60% dos capacetes utilizados pelos

condutores são do tipo integral (figura





estão referenciadas quais as marcas dos capacetes que mais foram








60,0%

7,5%

Integral Jacto





se que em Portugal 60% dos capacetes utilizados pelos

figura 4.9), porém ainda existem uma percentagem













10,0%

17,5%

15,0%

Jacto Modular/Híbrido






), porém ainda existem uma percentagem













Ciclomotores

Motociclos Limitados

Motociclos não Limitados

17,5%

Modular/Híbrido Motocross




projecto, foi recolhida a informação mais relevante para o projecto, ou seja, toda a informação







os aos testes contemplados no questionário, verificando-se que 17.5% são da marca







Ciclomotores



Motocross




seja, toda a informação







se que 17.5% são da marca





adquirir este equipamento de segurança, onde em 22.5% dos casos o preço é o factor mais





47



seja, toda a informação






se que 17.5% são da marca


“C” e “O”, cujos capacetes são muito utilizados em competição de veículos de duas rodas



or mais


Capítulo 4

48

Figura

Figura

questionário em Portugal, cerca 67.5% dos capacetes possuem apenas uma cor, sendo os

restantes 32.5% multicolores, como se verifica na

dos capacetes é o preto,

envolvimento em acidentes de trânsito, em relação aos capacetes de cor clara, nomeadamente

o branco, de 24

Capítulo 4

Figura 4.10: Marcas mais utilizada

Figura 4.11: Factores que influenciaram os condutores no momento de compra do capacete em

Quanto às cores mais usais nos capacetes



dos capacetes é o preto,


o branco, de 24%.

Homologação no capacete

Nenhuma razão em especial

Oferta na compra do veículo

Qualidade geral e segurança

Tipo de capacete e design

Utilizado em alta competição

: Marcas mais utilizada

: Factores que influenciaram os condutores no momento de compra do capacete em




dos capacetes é o preto, figura


%.

0,0%

A

C

E

G

I

K

M

O

Q




Publicidade e testes




Ventilação

: Marcas mais utilizadas pelos condutores que responderam ao questionário em





figura 4.13, cor que apresenta


5,0%

2,5%

2,5%2,5%

5,0%

2,5%

2,5%2,5%2,5%

2,5%

2,5%2,5%

0%


Marca



Preço

Publicidade e testes




Ventilação

s pelos condutores que responderam ao questionário em Portugal.

: Factores que influenciaram os condutores no momento de compra do capacete em Portugal.



restantes 32.5% multicolores, como se verifica na figura

, cor que apresenta


10,0%

7,5%

5,0%

7,5%

7,5%

2,5%

5,0%

5,0%

2,5%

5,0%

0% 5%

s pelos condutores que responderam ao questionário em


Quanto às cores mais usais nos capacetes dos condutores que responderam ao


figura 4.12, e a cor que predomina

, cor que apresenta segundo [


15,0%

12,5%

7,5%

5,0%

5,0%

5,0%

10% 15%



dos condutores que responderam ao


, e a cor que predomina

segundo [11] um risco superior de


20,0%

17,5%

17,5%

15,0%

20,0%

15,0%

15% 20%





, e a cor que predomina em 70%

um risco superior de


22,5%

20,0%

25%





em 70%

um risco superior de


Figura

O facto dos capacetes pretos apresentarem maior propensão de envolvimento em acidentes,

está em grande parte associado à falta de visibilidade que esta cor proporciona em per

nocturno, onde a luz natural é muito reduzida, confundindo

como tal, condiciona a visibilidade de condutores de veículos de duas rodas por parte dos

condutores de outras classes de veículos

focado devido à importância que este apresenta, não só numa primeira fase em que evita que

o capacete se liberte da cabeça em caso de acidente, como também numa segunda fase, na

qual tem de ainda se encont

condutor acidentado em segurança. Em Portugal verificou

capacetes possui fecho duplo em anel “D”, seguido do fecho com engate rápido (45%) e do

fecho com braçadeira

Figura

Figura 4.12: Percentagem do tipo de pintura dos capacetes dos condutores que responderam ao

Figura 4.13: Percentagem de cores pre






O mecanismo que assegura a






fecho com braçadeira

Figura 4.14: Tipo de mecanismo de engate

AmareloAzul

BrancoCinzento

PretoVerde

Vermelho

Amarelo


: Percentagem do tipo de pintura dos capacetes dos condutores que responderam ao

: Percentagem de cores preresponderam ao inquérito em Portugal.






O mecanismo que assegura a






fecho com braçadeira (2.5%).

: Tipo de mecanismo de engateque responderam ao inquérito em Portugal.

2,5%

2,5%

2,5%2,5%

AmareloAzul

BrancoCinzento

PretoVerde

Vermelho

0,0%Amarelo Azul

52,5%


: Percentagem do tipo de pintura dos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

: Percentagem de cores preresponderam ao inquérito em Portugal.





condutores de outras classes de veículos.

O mecanismo que assegura a fixação do capacete à cabeça, também foi um ponto



qual tem de ainda se encontrar funcional, para que permita retirar o capacete da cabeça do



: Tipo de mecanismo de engateque responderam ao inquérito em Portugal.

67,5%

Multicolor

10,0%

10,0%

20,0%Azul Branco

45,0%

52,5%

2,5%



: Percentagem de cores predominantes nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.





.

fixação do capacete à cabeça, também foi um ponto



rar funcional, para que permita retirar o capacete da cabeça do



: Tipo de mecanismo de engate (capítulo 5 figura 5.3)que responderam ao inquérito em Portugal.

67,5%

Multicolor Unicolor

40,0%Branco Cinzento

45,0%



dominantes nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.



nocturno, onde a luz natural é muito reduzida, confundindo-se com o ambiente circundante






condutor acidentado em segurança. Em Portugal verificou-se que a maioria, 52.5% dos


(capítulo 5 figura 5.3) nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

32,5%

Unicolor

60,0%Preto Verde

Fecho com engate rápido

Fecho duplo em anel "D"

Fecho com braçadeira



dominantes nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.



se com o ambiente circundante






se que a maioria, 52.5% dos


nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

32,5%

70,0%

60,0% 80,0%Verde Vermelho

Fecho com engate

Fecho duplo em

Fecho com braçadeira



dominantes nos capacetes dos condutores que



se com o ambiente circundante








nos capacetes dos condutores

80,0%Vermelho


49



está em grande parte associado à falta de visibilidade que esta cor proporciona em período

se com o ambiente circundante e,








nos capacetes dos condutores

Capítulo 4

50

A etiqueta de certificação que consta nos capacetes homologados, representa para o

condutor no acto de compra do capacete a única garantia que o capacete foi submetido a

testes de impacto, que asseguram a sua integridade física. A percentagem de capacetes em

que a etiqueta de certificação do capacete havia sido cortada, 45%, é alarmante, bem como o

número de etiquetas presentes no capacete e que são imperceptíveis, 37.5%. A figura 4.15,

sugere que deve efectuado um esforço no sentido de optimizar os materiais em que são feitos

as etiquetas de certificação, ou mesmo, o local onde estas são colocadas no capacete,

actualmente na cinta jugular, o que pode causar um certo desconforto por parte dos

utilizadores do capacete.

Figura 4.15: Percentagem de etiquetas de homologação nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

Relativamente aos capacetes que estiveram envolvidos em acidentes, é fulcral filtrar

quais as principais zonas sujeitas a impactos de forma a que possam ser feitos esforços no

sentido de maximizar a capacidade de dissipar energia nessas zonas. Com recurso às figuras

3.16 e 3.17 constata-se que o panorama em Portugal não difere que se regista nos restantes

países que fazem parte do projecto, verificando-se que as zonas mais afectadas são a zona

traseira, e ambas as laterais do capacete.

Figura 4.16: Principais zonas onde se registam danos nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito em Portugal.

17,5%

45,0%

37,5%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Com etiqueta

Sem etiqueta devido a corte

Com etiqueta mas imperceptível

3,8%

11,5%

26,9%23,1% 23,1%

7,7%3,8%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%


51

Figura 4.17 Principais zonas onde se registam danos nos capacetes dos condutores que responderam ao inquérito no COST357.

A ultima parte do questionário do COST357, consistiu na medição de alguns

parâmetros associados à visibilidade dos condutores, em situações que estão a usar o

capacete, de forma a comparar quais os tipos de viseiras existentes no mercado e qual a

influência directa que estas possuem, bem como a abertura do capacete, na visibilidade dos

utilizadores do capacete. Os valores obtidos para o grau de difusão de luz dos capacetes

testados no projecto, figura 4.18, indicam que as viseiras apresentaram valores de difusão

inferiores a 8%. Relativamente à transmissibilidade de luz, figura 4.19, verificou-se que em

mais de 60% dos capacetes testados, as viseiras apresentaram um grau de transmissibilidade

de luz superior a 83%. Por fim, utilizou-se o goniómetro para medir o campo de visão dos

condutores na situação de uso do capacete, tendo-se verificado em Portugal, que o campo de

visão padrão situa-se num intervalo entre os 80 e os 90 graus.

Figura 4.18: Grau de difusão de luz das viseiras dos capacetes testados no projecto COST357.

20%

12%

28%22%

28%

7%4%

0%

10%

20%

30%

Capítulo 4

52

Figura 4.19: Grau de transmissibilidade de luz das viseiras dos capacetes testados no projecto COST357

Figura 4.20: Campo de visão dos condutores em situação de uso do capacete em Portugal.

Generalizando, verificou-se que as condições climatéricas associadas a cada um dos

países participantes no projecto conduziram a algumas pequenas diferenças de resultados já

esperados, porém, os resultados indicam que os capacetes proporcionam boas condições de

visibilidade aos seus utilizadores.

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

16,0%

18,0%

20,0%

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100

Campo de visão em graus

Direita

Esquerda

O capacete e a sua importância na redução do nível de lesões na cabeça

53

5 O capacete e a sua importância na redução do

nível de lesões na cabeça Neste capítulo aborda-se toda a temática associada ao capacete, nomeadamente a

influência que este equipamento de segurança apresenta ao nível de lesões sofridas na cabeça

em caso de acidente. É efectuada uma descrição do capacete, com referência às diferentes

partes constituintes e resumo do processo de fabrico. Introduz-se a cabeça humana ao nível

dos seus órgãos constituintes e tipo de lesões associados, bem como, aos mecanismos de

lesões. Por último, ainda é feita uma introdução às normas que visam assegurar a qualidade e

efectividade do capacete, relativamente ao nível de segurança que apresenta para o utilizador

perante uma situação de acidente

5.1 O capacete

Desde muito cedo o Homem começou a perceber que era necessário proteger a

cabeça em determinadas situações consideradas perigosas, sentindo essa necessidade muito

antes da realização e implementação do estudo de mecanismos de lesões. Os capacetes eram

e são projectados e construídos de acordo com o tipo de aplicação a que estes se destinam.

No século XV D.C. os capacetes já eram considerados um meio efectivo de protecção da

cabeça, porém, nessa altura, a verdadeira função do capacete era apenas a de proteger a

cabeça da penetração de objectos contundentes. Só muito mais tarde, no início do século XIX

D.C., foi descoberto que as lesões ao nível da cabeça podem ocorrer sem que haja

necessariamente penetração no casco do capacete, tendo sido necessário meio século para

que se descobrisse que as lesões que ocorriam ao nível da cabeça. Sem que houvesse

penetração eram causadas pelas acelerações de curta duração às quais era submetida. Estas

lesões provocadas pelas acelerações às quais a cabeça é submetida em caso de queda ou

impacto são a forma mais comum e perigosa de lesões às quais os motociclistas estão sujeitos.

Os primeiros capacetes para uso em veículos de duas rodas motorizados eram

projectados, fundamentalmente, tendo em conta uma cobertura externa em pele rígida e um

forro interior, sendo sido supridos por modelos em que a parte externa em pele foi substituída

por um material plástico que apresentava uma maior resistência, e cuja função era não só a de

evitar a penetração, mas também distribuir as cargas às quais o capacete está submetido em

caso de impacto sobre uma área maior. Actualmente, os capacetes são projectados tendo em

conta diversos parâmetros, tais como a redução do risco de lesões leves ao nível do cérebro, a

estabilidade do capacete na cabeça do utilizador perante as mais diversas situações, e o

conforto do capacete, que engloba parâmetros como a ventilação e o peso. Relativamente à

estrutura de um capacete, esta é basicamente composta por uma viseira, um casco exterior

Capítulo 5

54

rígido, um material de espuma, um acolchoamento interior ou forro, um sistema de ventilação e

um sistema de retenção, como se pode constatar na figura 5.1.

Figura 5.1: Estrutura do capacete.

A viseira é construída num material resistente e transparente, como, por exemplo, o

policarbonato, e é projectada para que possa proteger a face do utilizador do capacete do

vento, pó e insectos, podendo ainda ser equipada com uma camada anti-riscos. E, também,

fundamental que o visor não provoque nenhum tipo de anomalia na visão do utilizador e que

possua um sistema de abertura fiável e eficaz.

O casco exterior rígido é, geralmente, feito de termoplásticos e de um material

compósito plástico reforçado, como, por exemplo, a fibra de vidro, e que tem como função

absorver e dissipar a energia do impacto.

A espuma, situada entre o casco exterior rígido e o acolchoamento interior, tem como

função proteger a cabeça do utilizador, absorvendo a força restante do impacto que já foi

parcialmente absorvida e dissipada pelo casco exterior rígido.

O acolchoamento interior é necessário para garantir conforto na utilização do capacete,

podendo ser fabricado em diversos materiais cujo principal requisito deve ser o de não

provocar qualquer tipo de irritação na pele da face do utilizador do capacete.

O sistema de ventilação, na figura 5.2, tem como função assegurar a entrada de ar

fresco no interior do capacete e ventilar para fora do capacete o ar da expiração e humidade,

de forma a manter um ambiente confortável dentro do capacete e não permitir o embaciamento

da viseira do capacete.


55

Figura 5.2: Exemplificação do princípio básico de um sistema de ventilação de um capacete.

O sistema de retenção, na figura 5.3, tem como principal função prender firmemente o

capacete à cabeça do utilizador. O mais comum, a cinta jugular, é, basicamente, constituído

por duas correias de fibra sintética e por um sistema de união entre essas duas correias,

podendo ser de engate rápido, de duplo anel em “D” ou fecho com braçadeira.

a) Fecho de engate rápido b) Fecho de duplo anel em “D” c) Fecho com braçadeira

Figura 5.3: Tipo de fecho existente numa cinta jugular de um capacete.

Relativamente ao tipo de capacetes que existem actualmente eles são classificados

como: capacete integral, capacete de jacto, capacete de motocross e ainda capacete

modular/híbrido, como se verifica na figura 5.4.

Capacete integral Capacete de jacto Capacete de motocross Capacete modular/híbrido

Figura 5.4: Tipo de capacete.

Capítulo 5

56

5.2 Processo de fabrico do capacete

O capacete é um equipamento que, basicamente, passa por 4 etapas principais de

construção e que, de acordo com Chia-Yuan Chang et al [12], consistem nas seguintes

apresentadas na figura 5.5.

Figura 5.5: Etapas no processo de construção de um capacete.

Também segundo Chia-Yuan Chang et al [12], o casco exterior rígido é construído,

principalmente, a partir de materiais como os termoplásticos, ou materiais compósitos, sendo

que cada um destes materiais apresenta vantagens e desvantagens no processo de

construção, como se pode verificar na tabela 14.

Tabela 14: Vantagens e desvantagens do uso de termoplástico e materiais compósitos no fabrico de capacetes.

Tipo de material Vantagens Desvantagens

Termoplásticos

� Cascos mais leves; � Baixo custo devido ao uso de

maquinaria; � Minimização do processo de

acabamento; � Boa relação entre a espessura

projectada e moldada.

� Relação entre espessura e resistência ao impacto;

� É vulnerável a solventes orgânicos;

� Pouca capacidade de absorver choques.

Materiais compósitos

� Pouco capital inicial em termos de maquinaria e processos.

� Necessita de muito trabalho humano;

� Menor precisão entre o modelo projectado e o modelo moldado.

Basicamente, o processo de fabrico de um capacete é relativamente simples. No

entanto, produzir um bom modelo de capacete, que reúna requisitos como conforto e

segurança, requer muito estudo e recursos financeiros.

Processo de moldagem: no qual são fabricadas todas as partes que constituem um capacete

Processo de acabamento: remoção do excesso de casco material do caso e corte para a abertura destinada à viseira

Processo de pintura

Montagem de todas a partes do capacete obtendo-se o produto final

5.3

vinte e dois ossos

por sua vez,

líquido cefalorraquidiano e pelas meginge

partes integrantes do encéfalo é o cérebro, um dos órgãos mais fascinantes e importantes do

corpo humano,

excedem

fatais. Para compreender como ocorrem as le

qual a sua anatomia e como reage perante situações de aceleração e desaceleração em caso

de acidente.

está sujeita em caso de acidente

Fractura

A cabeça humana

A cabeça é uma das partes mais i

vinte e dois ossos

por sua vez, protege o encéfalo. O encéfalo também está protegido de lesões exteriores pelo



corpo humano, sendo no entanto,

Figura

Perante um cenár

excedem, em muito



de acidente.

Na figura

sujeita em caso de acidente

Lesões ao nível do crânio

Fractura

O capacete e a sua impor

A cabeça humana


vinte e dois ossos que fazem parte do crânio e da face. A cabeça é enf

protege o encéfalo. O encéfalo também está protegido de lesões exteriores pelo



sendo no entanto,

Figura 5.6: Ilustração dos órgãos que constituem o enc

Perante um cenário de acidente, a cabeça humana

em muito, a sua capacidade de protecção natural, sofrendo lesões graves ou mesmo



figura 5.7 estão presentes o

sujeita em caso de acidente

Figura


Tecido mole

Laceração

Contusão

O capacete e a sua impor

A cabeça humana


que fazem parte do crânio e da face. A cabeça é enf




sendo no entanto, o seu órg

: Ilustração dos órgãos que constituem o enc

io de acidente, a cabeça humana

a sua capacidade de protecção natural, sofrendo lesões graves ou mesmo



estão presentes os

sujeita em caso de acidente.

Figura 5.7: Tipologia de lesões na cabeça humana.

Lesões na cabeça


Tecido mole

Laceração

Contusão


A cabeça é uma das partes mais importantes do corpo humano, sendo constituída por



líquido cefalorraquidiano e pelas meginges. Como se pode verificar na


órgão mais frágil.




fatais. Para compreender como ocorrem as lesões ao nível da cabeça


s diferentes tipo

: Tipologia de lesões na cabeça humana.

Lesões na cabeça

Focais

Hematoma

tância na redução do nível de lesões na cabeça

mportantes do corpo humano, sendo constituída por



s. Como se pode verificar na


ão mais frágil.




sões ao nível da cabeça


tipos de lesões


Lesões na cabeça

Lesões cerebrais

Focais

Hematoma Contusão



que fazem parte do crânio e da face. A cabeça é enformada pelo crânio


s. Como se pode verificar na figura


: Ilustração dos órgãos que constituem o encéfalo humano.

está exposta a forças que


sões ao nível da cabeça é fundame


lesões a que a cabeça humana


Lesões cerebrais

Contusão



ormada pelo crânio


figura 5.6, uma da


éfalo humano.



é fundamental entender


que a cabeça humana

Lesões cerebrais

Difusas

Concusão

Axonal


57


ormada pelo crânio, que


uma das




ntal entender


que a cabeça humana

Capítulo 5

58

5.3.1.1 Fracturas do crânio.

Este tipo de lesão é caracterizado pela factura do ossos que compõem o crânio e pode

ter graves consequências, nomeadamente, quando esses ossos penetram os vasos

sanguíneos ou o cérebro. No entanto, a este tipo de lesão não está, necessariamente,

associada a morte cerebral.

5.3.1.2 Lesões focais.

As lesões do tipo focais são responsáveis por dois terços das fatalidades provocadas

por lesões ao nível da cabeça (Magnus Aare [13]). Este tipo de lesões é caracterizado por

danos bem definidos, tais como hematomas cerebrais e contusões.

5.3.1.3 Hematoma Epidural.

O hematoma epidural é causado por traumatismos ao nível do crânio e ruptura da artéria

meníngea média. Este tipo de hematoma é facilmente identificável, como se pode constatar na

figura 5.8, e não apresenta os níveis de fatalidade que estão associados aos Hematomas

subdurais.

Figura 5.8: Imagem de um hematoma epidural, pormenor a vermelho no canto inferior direito.

5.3.1.4 Hematoma Subdural.

O hematoma subdural, presente na figura 5.9, é causado pela acumulação de sangue

sob a membrana fibrosa, espessa e resistente que constitui a meninge externa, junto a uma

lesão relevante do tecido cerebral.


59

Figura 5.9: Imagem de um hematoma subdural, mancha mais escura situada no lado esquerdo.

Este tipo de hematomas é provocado, essencialmente, pela inércia e não pelas forças de

contacto. Segundo Gennarelli [1983] é, de todas as lesões cerebrais com consequências muito

graves ou fatais, a que ocorre com maior frequência como resultado de acidentes rodoviários.

5.3.1.5 Contusão

As contusões cerebrais são lesões traumáticas do cérebro cuja origem está,

geralmente, associada a impactos directos com considerável intensidade na cabeça que

causam lesões estruturais ao nível do tecido encefálico. Na maioria dos casos, a este tipo de

lesões não está associado um nível de gravidade muito elevado.

5.3.1.6 Lesões cerebrais difusas.

As lesões cerebrais difusas diferenciam-se das lesões cerebrais focais,

fundamentalmente, pelo facto de a este tipo de lesão, estar associado a uma elevada

tendência para se estender às regiões vizinhas, alastrando-se por uma maior área do cérebro e

causando um maior nível de disfunções.

Quando a cabeça humana sofre um impacto é sujeita a acelerações e desacelerações,

o que origina forças de inércia em toda a estrutura intracraniana, fazendo com que ocorra uma

disparidade entre o movimento do cérebro e do crânio, durante o intervalo de tempo em que a

cabeça é acelerada ou desacelerada [13], como está exemplificado na figura 5.10, onde num

primeiro instante V1 é a velocidade inicial da cabeça e do encéfalo antes de ocorrer impacto,

posteriormente ocorre o impacto da cabeça e onde a velocidade da cabeça V1 toma o valor

zero, porém o encéfalo devido à inércia continua o seu movimento com uma velocidade V2,

colidindo com as paredes do crânio.

Capítulo 5

60

Figura 5.10: Exemplificação da diferença de velocidades entre o cérebro e o crânio, em caso de aceleração, devido à força de inércia.

A disparidade de movimento que se verifica entre o cérebro e o crânio, em caso de

acelerações e desacelerações ao nível da cabeça, conduz a lesões muito graves ou mesmo

fatais, devido à elevada probabilidade de danificar o tecido que envolve o cérebro (as

meninges).

5.3.1.7 Concussão.

A concussão é das lesões que mais se verifica nos condutores de veículos de duas

rodas, e, basicamente, está associada ao movimento e embate do cérebro contra o crânio. O

seu nível de gravidade não é muito elevado, envolvendo perda de consciência momentânea ou

durante um curto período de tempo.

5.3.1.8 Lesão axonal difusa.

Tal como a concussão, este tipo de lesão está muito associado às consequências de

acidentes rodoviários, com maior incidência nos que envolvem veículos de duas rodas. Porém,

a lesão axonal difusa está associada a um elevado número de fatalidades, porque para que

ocorra, é necessário que a cabeça esteja sujeita a um elevado nível de acelerações durante

um intervalo de tempo superior e mais gradual comparativamente ao que acontece no caso de

concussão.

5.4 Mecanismos de lesões

Por mais de 30 anos, foram efectuados estudos com o intuito de avaliar os

mecanismos de ferimento que causam lesões na cabeça humana, envolvendo a inércia

durante o impacto, de forma a estabelecer níveis de tolerância que lhes estão associadas. O

desenvolvimento de mecanismos de lesão tem sido um dos principais objectivos a fim de se


61

poder avaliar e quantificar quais os riscos para o corpo humano em caso de acidente e de

propor potenciais medidas de protecção, tais como o uso do capacete por parte dos

utilizadores de veículos de duas rodas. Os mecanismos de lesão na cabeça humana,

basicamente, são divididos em três categorias: mecanismos de lesão baseados nas

acelerações lineares, mecanismos de lesão baseados nas acelerações angulares, e ainda,

baseados nos esforços e tensões no cérebro.

O HIC (Head Injury Criterium) surgiu com base no trabalho de Gadd (1961), que

desenvolveu um índice de severidade (SI), seguindo-se Versace (1971), que propôs uma

primeira versão do HIC como forma de quantificar a aceleração média. Mais tarde surgiu a

versão actual do HIC, proposta pela National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA),

que se traduz na equação 5.1 onde a(t) é a resultante da aceleração em unidades g’s (medida

a partir do centro de gravidade da cabeça) e t1 e t2 são dois pontos temporais existentes

durante o tempo de impacto que maximiza o HIC, e que não podem exceder o valor máximo de

36 ms.

./0 = 1 1 $ − 3 × 4 �� . � �5

�67

$,8× � $ − 3� (5.1)

O HIC tem sido, ao longo do tempo, o critério com maior uso por parte da indústria

automóvel e de toda a pesquisa que lhe está associada. No entanto, apesar da sua fiabilidade

e relevância quando falamos de capacetes, só a norma ECE-R.22 incluiu este critério nos seus

testes de impacto com capacetes.

A “Abbreviated Injury Scale” (AIS) é um sistema que foi adoptado em 1969, de forma a

quantificar o nível de lesões a que o corpo humano está sujeito. Na tabela 15 está presente a

classificação adoptada pela “Association for the Advancement of Automotive Medicine”, revista

em 2005, que visa quantificar o tipo de leões que podem ocorrer na cabeça humana.

Tabela 15: Classificação AIS do nível de lesões na cabeça (AAAM 2005).

Nível de AIS Descrição do nível de lesões

1 Abrasões ao nível superficial da pele, fractura do nariz.

2 Avulsões ao nível da pele, fracturas simples, fractura da mandíbula e fractura das maxilas Le Fort I e II.

3 Fractura básica, fractura da maxila LeFort III, perda total do escalpe, e contusão ao nível do cerebelo.

4 Fractura ao nível do crânio, perda ao nível do tecido do cérebro, pequenos hematomas epidurais e subdurais.

5

Lesões com elevada penetração (superiores a 2 cm), compressão do cérebro, grandes hematomas epidurais e subdurais, bem como, lesões axonais difusas.

6 Destruição maciça do crânio e do cérebro (ferimento do esmagamento)

Capítulo 5

62

De forma a aferir em que se traduzem os valores do HIC com o tipo de lesões que se

verificam na cabeça humana, estabelece-se uma correlação do HIC com o método de

avaliação de severidade e lesões “Abbreviated Injury Scale” (AIS). Na figura 5.11 está presente

o gráfico que evidencia a relação entre os valores do HIC e o níveis de AIS para a situação em

que a cabeça não está protegida e na figura 5.12 para a situação em que a cabeça está

protegida por um capacete.

Figura 5.11: Correlação entre o HIC e o AIS [14].

Figura 5.12: Correlação entre o HIC e o AIS [15].


63

5.5 Normas e testes de segurança

Existem várias normas que visam assegurar que os capacetes oferecam condições de

segurança aos seus utilizadores. Exemplo destas normas são a Snell [15], DOT FMVSS 218,

British Standards Institution (BSI) [16] e a mais utilizada ECE R-22/05 [17]. Na tabela 16 estão

presentes alguns dos principais parâmetros de testes de absorção de energia, efectuados em

capacetes de acordo com cada uma dessas normas.

Tabela 16: Normas de homologação e testes de segurança de capacetes mais utilizadas.

Norma Objecto de contacto Critério de Impacto Critério de Falha

FMVSS 218

Plano Hemisférico

Velocidade: 6.0 m/s 5.2 m/s

≤ 400g ≤2.0 ms= 200g ≤4.0 ms= 150g

BSI 6658

Tipo A Plano

Hemisférico

Tipo B Plano

Hemisférico

Velocidade: 1º: 7.5 m/s 2º: 5.3 m/s 1º: 7.0 m/s 2º: 5.0 m/s

1º: 6.5 m/s 2º: 4.6 m/s 1º: 6.0 m/s 2º: 4.3 m/s

≤ 300g

Snell M2000 M2005

Plano

Hemisférico Cunha

Energia e Velocidade 1º: 150J (7.8 m/s) 2º: 110J (6.6 m/s)

150J (7.8 m/s)

≤ 290g

ECE R-22/05

Plano

Hemisférico

Velocidade: 1º: 7.5 m/s 2º: 5.3 m/s

Resultante da aceleração ≤ 275g

HIC ≤ 2400

Nos países pertencentes à Comunidade Europeia, a colocação e venda de capacetes

no mercado é proibida caso estes não sejam homologados pela norma ECE R22/05. Como se

pode verificar através da tabela 16, existem várias diferenças no que concerne a testes de

absorção de energia entre as diferentes normas de homologação existentes. No entanto a

norma ECE R22/05 é a que impõe padrões de qualidade mais elevados, estipulando o menor

valor máximo de acelerações como sendo de 275 g, e incluindo um valor máximo de HIC de

2400, garantindo um elevado padrão de protecção nos capacetes homologados por esta

norma.

Relativamente ao método de teste utilizado pela norma ECE R22/05, que permite

quantificar o grau de absorção de energia de um capacete em caso de impacto, este resume-

se nas seguintes 3 etapas:

1) Coloca-se o capacete no modelo que simula a cabeça humana, que por sua vez, está

equipada com acelerómetros; de seguida, é deixada cair de uma altura de 2.87 m para

que o conjunto capacete/cabeça atinja o objecto de impacto com uma velocidade de

7.5 m/s; este procedimento é efectuado com auxílio de um equipamento construído

Capítulo 5

64

para o efeito, como o que está exemplificado na figura 5.13 a) e repete-se para 4

pontos distintos do capacete; os objectos de impacto, plano e hemisférico presentes na

figura 5.13 b) são fabricados em aço;

2) Aos capacetes integrais é ainda efectuado um teste suplementar, que consiste em

deixá-los cair de uma altura de 1.55 m, colidindo a parte frontal com o objecto de

impacto plano, de forma a testar a protecção frontal do queixo;

3) Procede-se, então, à medição da velocidade e aceleração sofrida pela cabeça durante

o impacto, com recurso aos sensores existentes no modelo da cabeça.

a) b)

Figura 5.13: Equipamento e testes efectuados pela norma ECE R22/05.

Os quatro pontos do capacete que são testados de acordo com a norma ECE R22/05

são apresentados na figura 5.14.

Referencial Ponto B Ponto R Ponto P Ponto X

Figura 5.14: Pontos B, X, P, R, testados na norma ECE R22/05.

Para que um capacete apresente níveis de segurança aceitáveis, e em condições de

ser comercializado, de acordo com os requisitos estipulados por esta norma, o valor da

aceleração registado pelo modelo da cabeça não deve exceder nunca os 275 g e apresentar

um HIC inferior ou igual a 2400.

Modelos Computacionais e Metodologia Utilizada

65

6 Modelos computacionais e metodologia

utilizada

Neste capítulo será feita uma pequena introdução teórica à dinâmica de corpos

múltiplos que está implícita às simulações efectuadas no software Madymo (Mathematical

DYnamics MOdel). Serão apresentados os modelos computacionais desenvolvidos nesta tese,

modelos em elementos finitos, bem como os modelos de corpos múltiplos utilizados. É também

descrita toda a metodologia usada para a realização das simulações, entre corpos múltiplos e

elementos finitos transientes, com recurso ao Madymo (Mathematical DYnamics MOdel). Por

fim, são descritos os tipos de cenários que se pretende recriar através de simulações

computacionais com intuito de melhorar as condições de segurança do capacete.

6.1 Dinâmica de corpos múltiplos

O termo multi-corpo, está associado a um conjunto de corpos rígidos que podem fazer

parte integrante de um determinado sistema, de forma independente uns em relação aos

outros ou interligados por intermédio de juntas cinemáticas. Para compreender toda a teoria

inerente à dinâmica de corpos múltiplos é necessário entender cada uma das partes

integrantes, o corpo rígido, sistema de multi-corpos, os elementos finitos e as equações de

movimento associadas.

6.1.1.1 Sistema de corpos múltiplos

Um sistema de corpos múltiplos pode ser formado por um único corpo rígido, ou pode

ser formado por um conjunto de corpos rígidos por intermédio de juntas cinemáticas, como está

exemplificado na figura 6.1.

Figura 6.1: Sistemas de corpos múltiplos [18].

Capítulo 6

66

6.1.1.2 Corpo rígido

Um corpo rígido é definido através da sua massa, localização do centro de gravidade,

momentos de inércia e produtos de inércia. A forma do corpo rígido não é relevante para as

equações de movimento, exceptuando que se estabelece contacto com outro corpo. A cada

corpo está associado um referencial local, iii ζηξ , associado a um sistema de coordenadas

global, XYZ, o qual permite controlar a posição do corpo, podendo-se desta forma localizar um

sistema de corpos múltiplos no espaço, já que é necessário localizar cada corpo que faz parte

do mesmo. A localização e orientação do sistema são feitas com recurso a dois vectores, ri

(equação 6.1) e pi (equação 6.2), que expressam as coordenadas de translação e de

orientação ou parâmetros de Euler respectivamente.

[ ]Tii zyxr = (6.1)

[ ]Tii eeeep 3210= (6.2)

Então, o vector de coordenadas associadas ao corpo rígido i é definido pela seguinte equação:

{ } { } { }[ ] [ ]TTiii e,e,e,e,z,y,xp,rq 3210== (6.3)

De modo a localizar um ponto arbitrário P do corpo rígido i, figura 6.2, então

procedesse à soma vectorial entre o vector de localização deste ponto no referencial local,

iii ζηξ , e o vector que posiciona o referencial local em relação ao de inércia.

Figura 6.2: Localização de um ponto genérico P relativamente a um eixo de inércia [18].

Desta forma a posição relativa do ponto P ao referencial de inércia é dada pela

equação que se segue:


67

iii xrX += (6.4)

A equação 6.4 pode ainda ser descrita na seguinte forma matricial:

[ ] { } [ ] { }iiii

xAr +=X (6.5)

A orientação entre o referencial local e o sistema de coordenadas global é dada pela

matriz [ ]iA , cujas entradas são definidas do seguinte modo:

[ ]( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )

−+++

+−+−

+−−+

=

1222

2122

2212

23

201032201

103222

203021

2031302121

20

eeeeeeeeee

eeeeeeeeee

eeeeeeeeee

A

e

(6.6)

Para determinar a velocidade e a aceleração do ponto P, recorre-se à derivada de 1ª

ordem e de 2ª ordem respectivamente da equação de posição do ponto P (equação 6.4). Assim

a equação 6.7 expressa a velocidade do ponto P, onde ωi é a velocidade angular do corpo i, e

a equação 6.8 a aceleração do ponto P.

ix

i

.r

.X ×+= ω (6.7)

( )iiiii

...

i

..

xxrX ××+×+= ωωω (6.8)

6.1.1.3 Elementos finitos

A introdução de elementos finitos no sistema, permite associar ao sistema estruturas

nas quais pode-se definir o tipo de material e propriedades mecânicas. A interacção entre o

modelo de multi-corpo e o modelo em elementos finitos está exemplificada na figura 6.3

Figura 6.3: Interacção entre multi-corpo e elementos finitos [18].

A interacção entre ambos os módulos, multi-corpo e elementos finitos, processa-se através de

contactos ou ainda através da definição de nós que estão ligados ao multi-corpo, em ambos os

casos gerando forças entre ambos os módulos.

Capítulo 6

68

de 4ª ordem

os méto

modelos em elementos finitos.

como:

Onde

os vectores de aceleração, de velocidade e de deslocamento, respectivamente. Enquanto

o vector de forças aplicas no modelo.

Relativamente à matriz

No qual

equação de equilíbrio é dada pela equação 6.11, na qual

internas

6.2

exemplificado na

estruturais e os modelos humanos.

6.2.1.1

elementos finitos.

Capítulo 6

Neste tipo de sistema, para fins de análise deve ser usado o método de

de 4ª ordem, ou o método de

os métodos ao nível do tempo de integração utilizado nas equações de movimento dos


As equações de movimento de um modelo em elementos finitos podem ser escritas

como:

Onde M é a matriz de massas,



Relativamente à matriz

No qual α é o coeficiente de amortecimento em função


internas

Modelos

Foram utilizados

exemplificado na


6.2.1.1 Modelo do capacete

Na figura

elementos finitos.

Modelos em elementos finitos


ou o método de

dos ao nível do tempo de integração utilizado nas equações de movimento dos



é a matriz de massas,



Relativamente à matriz D é assumido o amortecimento de

é o coeficiente de amortecimento em função



Foram utilizados dois

exemplificado na figura 6.4, de forma


Figura 6.

Modelo do capacete

figura 6.5 está descrita a metodologia adoptava para a modelação do capacete

elementos finitos.



ou o método de Euler (utiliz




9� +é a matriz de massas, D a matriz de amortecimentos e



é assumido o amortecimento de

:é o coeficiente de amortecimento em função


9�� +

computacionais

dois tipos de

, de forma


.4: Tipo de modelos computacionais utilizados.

Modelo do capacete em elementos finitos

está descrita a metodologia adoptava para a modelação do capacete




(utilizado nas simulações)



+ :; + *< =a matriz de amortecimentos e


é assumido o amortecimento de

: = =9 + >*é o coeficiente de amortecimento em função


� + =;� = ?�@� −

computacionais e metodologia adoptada

tipos de modelos computacionais distintos, como está

, de forma implementar um sistema que contempla

: Tipo de modelos computacionais utilizados.

em elementos finitos





ado nas simulações), sendo a diferença entre ambos



= ?�@�

a matriz de amortecimentos e K


é assumido o amortecimento de Rayleigh

>*

é o coeficiente de amortecimento em função da frequência

equação de equilíbrio é dada pela equação 6.11, na qual Fint representa o vector

− ?��

e metodologia adoptada

modelos computacionais distintos, como está

implementar um sistema que contempla


em elementos finitos



Modelos de corpos multiplos


, sendo a diferença entre ambos



K a matriz rigidez,


Rayleigh:

da frequência e β=0

representa o vector



implementar um sistema que contempla




Neste tipo de sistema, para fins de análise deve ser usado o método de Runge-




(6.9

a matriz rigidez, a, v e u


(6.10)

e β=0 [18]. Assim a

representa o vector de forças

(6.11



implementar um sistema que contempla modelos



-Kutta




9)

u são

os vectores de aceleração, de velocidade e de deslocamento, respectivamente. Enquanto Fext é

(6.10)

. Assim a

de forças

(6.11)


modelos

está descrita a metodologia adoptava para a modelação do capacete em


Figura

recurso ao software

componentes

figura

de espessura

capacete, em detrimento de apenas uma camada, tem por objectivo tentar reduzir ao máximo

os níveis de aceleração sofridos pela cabeça em caso de impacto

relativo entre as duas camadas quando ocorre a colisão

dissipação de energia, e consequentemente reduzindo os níveis de aceleração sofridos pela

Figura 6.5: Metodologia utilizada para o desenvolvimento dos modelos computacionais

A primeira fase do projecto passou pela construção do modelo do capacete, com

recurso ao software

componentes distintas,

figura 6.6 a), e o interior formado por duas camadas de

de espessura, figura

a)

Figura

A criação de duas camadas de protecção de material de protecção no interior do





Procedimento

etodologia utilizada para o desenvolvimento dos modelos computacionais


recurso ao software Solidworks

distintas, o exterior formado pelo casco

e o interior formado por duas camadas de

figura 6.6 b) e outra com 3 cm de espessura

Figura 6.6: Modelos em CAD3D






Criação dos modelos em


elementos finitos

Integração dos elementos finitos

com elementos de corpos múltiplos

Procedimento



Solidworks. O capacete foi con

o exterior formado pelo casco


e outra com 3 cm de espessura

: Modelos em CAD3D







CAD3D


elementos finitos




Software utilizado



. O capacete foi con

o exterior formado pelo casco


e outra com 3 cm de espessura

b)

: Modelos em CAD3D dos diferentes






elementos finitos



Ansys Workbench


Software utilizado



. O capacete foi construído a partir da criação de 3

o exterior formado pelo casco com 3 mm de espessura

e o interior formado por duas camadas de material de protecção, uma com 1

e outra com 3 cm de espessura presente na

s diferentes componentes




relativo entre as duas camadas quando ocorre a colisão, teoricamente gerando uma maior


Solidworks

Ansys Workbench

Microsoft OfficeExcel

Madymo


Software utilizado



struído a partir da criação de 3

com 3 mm de espessura

material de protecção, uma com 1

presente na figura

mponentes do capacete.



os níveis de aceleração sofridos pela cabeça em caso de impacto, devido ao movimento

, teoricamente gerando uma maior


Solidworks

Ansys Workbench

Microsoft OfficeExcel





com 3 mm de espessura, presentes na

material de protecção, uma com 1

figura 6.6 c).

c)

o capacete.



, devido ao movimento




69



, presentes na

material de protecção, uma com 1 cm



, devido ao movimento



Capítulo 6

70

cabeça devido à inércia a que está sujeita em caso de impactos. Na figura 6.7 a), está presente

um sistema massa-mola-amortecedor de um impacto com um capacete convencional e na

figura 6.7 b) um sistema massa-mola-amortecedor do capacete modelado.

a) b)

Figura 6.7: Sistema massa-mola-amortecedor de um impacto de uma cabeça com capacete.

Outras das potencialidades que o tipo de modelo desenvolvido possui, é o facto de permitir a

combinação entre diferentes tipos de materiais das camadas de protecção.

Após a assemblagem dos diferentes componentes que constituem o capacete, o

modelo final do capacete desenvolvido está em CAD3D é o que está na figura 6.8.

Figura 6.8 Modelo final do capacete em CAD3D.

A exportação para o programa de elementos finitos Ansys Workbench foi feita através

do formato IGES 5.3, formato neutro de exportação que permite a comunicação de entre um


71

formato CAE (utilizado num programa de elementos finitos) e um CAD (utilizado num programa

de modelação geométrica). Após a exportação procedeu-se à construção de uma malha de

elementos finitos, para cada um dos componentes que formam o capacete. Todas as malhas

são formadas por elementos sólidos de quatro nós em tetraedro. Este é um elemento que

possui apenas um ponto de integração, e devido à sua geometria simples, é apropriado para

modelar corpos e superfícies com elevado grau de complexidade, evitando que ocorra perda

de precisão e instabilidades a nível de cálculo. Cada um dos nós do elemento possui 3 graus

de liberdade (u, v, w), como se verifica na figura 6.9. Este elemento também considera a

massa, distribuindo-a equitativamente através dos 4 nós que o constituem.

Figura 6.9: Elemento sólido de 4 nós [18]

Na figura 6.10, estão presentes as malhas efectuadas para cada um dos componentes que

constituem o capacete. Devido ao contacto entre o capacete e a placa modelada (placa

metálica para fins de impacto) directamente no software Madymo (Mathematical DYnamics

MOdel), ocorrer de forma directa entre o casco e a placa, a malha do casco (figura 6.10 a)),

possui um maior refinamento relativamente às malhas utilizadas para as componentes internas,

figura 6.10 b) e figura 6.10 c).

a) b) c)

Figura 6.10: Modelos em elementos finitos de cada uma das partes que constituem o capacete.

Na tabela 17, estão presentes as características associadas ao capacete modelado em

elementos finitos com 3673 nós e 10136 elementos no total.

Capítulo 6

72

Tabela 17: Características do modelo de capacete em elementos finitos.

Modelo Elemento Número de nós Número de elementos

Casco Solid4 2622 7322

1ª Camada de material de protecção Solid4 819 2254

2ª Camada de material de protecção Solid4 232 560

Capacete 3673 10136

Finalizado o modelo do capacete em elementos finitos, houve a necessidade de

recorrer ao software Microsoft Office Excel de forma a converter os ficheiros de texto gerados

no software Ansys Workbench, para um formato numérico que seja compatível com o tipo de

dados de entrada requerido pelo software Madymo (Mathematical DYnamics MOdel). Após a

conversão de dados, estes foram implementados no Madymo (Mathematical DYnamics MOdel)

com o propósito de integrar o modelo do capacete modelado em elementos finitos com

modelos de corpos múltiplos.

Relativamente aos materiais usados, para o casco foi utilizado um material

termoplástico, cujas características mecânicas estão presentes na tabela 18, comum nos

cascos dos capacetes e que foi anteriormente utilizado por Decker et al [19].

Tabela 18: Material utilizado no casco do capacete.

Material Modelo E [GPa] ν ρ [kg/m3]

Casco Termoplástico Linear elástico 1,5 0,35 1055

Este material é implementado no Madymo (Mathematical DYnamics MOdel), como um material

isotrópico linear elástico (ISOLIN), que obedece à lei de Hooke. Para as camadas de material

de protecção do capacete (espuma), foram utilizados dois materiais, o EPS (poliestireno

expandido) e EPP (Polipropileno Expandido), ambos conhecidos pelas suas boas capacidades

de absorver a energia de impacto, com a diferença do EPP apresentar uma elevada

resistência, permitindo-lhe recuperar a sua forma original após o impacto, o que não acontece

com o EPS, que só pode ser submetido uma vez a um impacto.

Os materiais definidos como espumas apresentam um comportamento não linear, com

elevadas características de dissipação de energia e histerese. A baixa densidade que estes

materiais apresentam aliado ao facto de conseguirem dissipar consideráveis níveis de energia,

tornam-os ideais para reduzir os níveis de aceleração na cabeça humana. Porém, estes

materiais apresentam um elevado nível de dificuldade ao nível da modelação matemática,

devido às respostas tridimensionais que apresentam.

O tipo de cargas a que estes materiais estão sujeitos, é essencialmente de

compressão, figura 6.11.


73

Figura 6.11: Comportamento característico de um material de espuma à compressão.

Na fase I do carregamento, o material de espuma apresenta um comportamento linear elástico

uniforme, até que seja atingida a tensão de cedência do material. Na fase II, o material

apresenta uma tensão relativamente uniforme, isto enquanto o material continua a deformar-se,

esta fase é denominada de densificação e é nesta fase que ocorre a maior dissipação de

energia. Na fase III, ocorre o fenómeno de “Bottoming”, devido à inexistência de ar entre as

células que compõem o material (figura 6.12), este começa a comportar-se como um material

sólido homogéneo.

Figura 6.12: Fases características de um material de espuma à compressão.

Nas simulações de testes efectuadas foram utilizados dois diferentes tipos de EPS,

cuja densidade é de 31,2 kg/m3 (figura 6.13), e 44 kg/m3 (figura 6.14). Relativamente ao

material de espuma EPP, foi utilizado um material denominado de Impaxx 300, cuja curva de

comportamento tensão-extensão está na figura 6.15.

Capítulo 6

74

Figura 6.13: Curva tensão extensão do material EPS com densidade de 31,2 kg/m3 [20].

Figura 6.14: Curva tensão extensão característica do material EPS com densidade de 44 kg/m3 [5].

Figura 6.15: Curva tensão extensão característica do material EPP.

0,E+00

5,E+05

1,E+06

2,E+06

2,E+06

3,E+06

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Ten

são

[M

Pa]

Extensão

0,00E+00

2,50E+05

5,00E+05

7,50E+05

1,00E+06

1,25E+06

1,50E+06

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Ten

são

(P

a)

Extensão

Em termos de implementação da

ultimado um o material FOAM tendo

6.2.1.2

disponível na biblioteca de modelos do

pela Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS)

com o propósito de quantificar os níveis de acelerações e de lesões provocadas na cabeça

humana em situações de colisão.

Este modelo contém ecomo a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça em elementos SOLID1

Como este modelo da cabeça não é totalmente modelado com a forma de uma cabeça

humana, foi lhe atribuído propriedades de inércia que permite apresentar a massa e momentos

de inércia da cabeça h

um material visco

energia



6.2.1.2 O modelo

Foi utilizado o



o propósito de quantificar os níveis de acelerações e de lesões provocadas na cabeça


Figura

Este modelo contém ecomo a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça em elementos SOLID1



de inércia da cabeça h

um material visco

energia, em condições de velocidade variáveis,



O modelo FMVSS 201 Hybrid III Headform

Foi utilizado o modelo





Figura 6.16: Modelo da

Este modelo contém elementos shell (como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça em elementos SOLID1.



de inércia da cabeça humana. A pele que reveste a cabeça humana é simulada com recurso a

um material visco-elástico com comportamento linear, o que permite ao modelo dissipar

, em condições de velocidade variáveis,

Em termos de implementação das espumas no

ultimado um o material FOAM tendo-se utilizado a lei de Cowper

FMVSS 201 Hybrid III Headform

odelo que simula a

disponível na biblioteca de modelos do Madymo




Modelo da cabeça

lementos shell (figura como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça

Figura 6.17



umana. A pele que reveste a cabeça humana é simulada com recurso a

elástico com comportamento linear, o que permite ao modelo dissipar

, em condições de velocidade variáveis,


s espumas no Madymo

se utilizado a lei de Cowper


que simula a cabeça humana

Madymo (Mathematical DYnamics MOdel



cabeça FMVSS 201 Hybrid III Headform [

figura 6.17) e elementos sólidos. como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça

17: Elemento Shell





, em condições de velocidade variáveis, através da


Madymo (Mathematical DYnamics MOdel

se utilizado a lei de Cowper-Symonds (equação 6.12).


cabeça humana, FMVSS 201

Mathematical DYnamics MOdel

pela Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS), presente na


FMVSS 201 Hybrid III Headform [

) e elementos sólidos. como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça

: Elemento Shell [18].





através da borracha que simula a pele.



Symonds (equação 6.12).

MVSS 201 Hybrid III Headform,


, presente na figura 6.


FMVSS 201 Hybrid III Headform [21

) e elementos sólidos. O crânio em metal bem como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça





borracha que simula a pele.




(6.12)

Hybrid III Headform,

Mathematical DYnamics MOdel) homologado

.16, desenvolvida


21].

O crânio em metal bem como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça





borracha que simula a pele.


75

Mathematical DYnamics MOdel), foi


(6.12)

Hybrid III Headform,

homologado

, desenvolvida


O crânio em metal bem como a superfície externa da cabeça são modelados em elementos shell e a pele da cabeça





Capítulo 6

76

Na fig estão presentes os testes de validação efectuados por Chou e tal [23], nos quais

a FMVSS Hybrid III Headform foi submetido a testes de impacto experimentais contra uma

placa de material rígido, a uma velocidade de 2,7 e 4 m/s.

Figura 6.18: Testes experimentais (curva a cheio) e computacionais (curva a tracejado) [22].

Este modelo computacional da cabeça humana permite extrair no Madymo (Mathematical

DYnamics MOdel) qual o valor da velocidade, aceleração e deslocamento relativamente ao

centro de gravidade da FMVSS 201 Hybrid III Headform.

6.2.1.3 Modelos de contacto

Os contactos entre elementos finitos foram definidos através da característica da força

de contacto, tendo-se utilizado para o efeito uma função de característica da força de contacto

utilizando um coeficiente de atrito de 0,5 entre as diferentes componentes do capacete, e a

função de carregamento, figura 6.19.

Figura 6.19: Função de carregamento.

0,0E+00

5,0E+06

1,0E+07

1,5E+07

2,0E+07

2,5E+07

3,0E+07

3,5E+07

4,0E+07

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

Ten

são

(N

)

Deslocamento (m)


77

Para contacto entre os elementos finitos e multi-corpos foi utilizado um modelo de contacto que

apenas contempla o atrito entre ambos, tendo para o efeito sido utilizado um atrito de 0,2.

6.3 Validação do modelo computacional e simulações

Para validar um novo modelo computacional é necessário efectuar uma comparação

com estudos ou ensaios, previamente realizados sob condições semelhantes. Para o efeito

foram utilizados os valores obtidos em testes experimentais por Bosh [2]. Nesta simulação o

capacete embateu com o topo (ponto P da figura 5.14) contra uma placa rígida a uma

velocidade de 7,5 m/s.

Foram simulados testes de impacto ao capacete, nas condições estipuladas pela

norma ECE R22/05 (apenas 1 teste para cada ponto de impacto), utilizando as duas camadas

de material de espuma EPS.

Também foram efectuadas simulações com o intuito quantificar e analisar o efeito da

densidade do material de espuma no capacete, e a combinação de dois materiais diferentes

nas camadas do material de espuma, tendo-se para o efeito usado combinações entre o EPS e

o EPP.

Resultados e Discussão

79

7 Resultados e discussão

O presente capítulo procederá à apresentação e discussão dos resultados obtidos nas

simulações efectuadas, com vista a identificar e estabelecer aqueles que, por termo de

comparação, se adequam melhor ao objectivo a que esta tese se propõe.

A exposição e discussão dos resultados será estruturada da seguinte forma:

� resultados e discussão da validação do modelo computacional;

� resultados e discussão das simulações que visam recriar os testes de impacto

impostos pela norma ECE R22/05;

� análise das simulações no sentido de averiguar o efeito da densidade do material de

espuma sobre os níveis de aceleração sofridos pela cabeça humana;

� análise do efeito produzido pela combinação de materiais de espuma EPS e EPP sobre

os níveis de aceleração sofridos pela cabeça humana.

7.1 Validação do modelo computacional

O modelo computacional desenvolvido foi validado recriando computacionalmente os

testes de impacto experimentais realizados por Bosh [2], que utilizou para o efeito um capacete

Arai Quantum. Nestes testes experimentais o capacete colidiu com o topo (ponto P da figura

5.14) numa superfície rígida, a uma velocidade de 7,5 m/s. Na figura 7.1 estão presentes os

resultados destes testes experimentais.

Figura 7.1: Gráfico das acelerações obtidas por Bosh [2] em testes experimentais.

Os resultados obtidos pelo modelo computacional do capacete desenvolvido nesta

tese, são apresentados na figura 7.2.

Capítulo 7

80

Figura 7.2: Comportamento da aceleração do modelo computacional do capacete no teste de validação.

Verifica-se, assim, que o andamento da curva de aceleração da resultante da aceleração está

em conformidade com a curva obtida experimentalmente por Bosh. Porém, e apesar, do

capacete utilizado nos testes experimentais apresentar o mesmo tipo de materiais que modelo

computacional verifica-se que, o modelo desenvolvido reduz com maior eficácia os níveis de

aceleração sofridos na cabeça. Este já era um fenómeno esperado, visto que era o objectivo,

principal deste trabalho e deve-se ao facto do capacete ter sido projectado com duas camadas

de material de espuma, em detrimento de uma única camada como acontece nos capacetes

actuais. O facto de o capacete possuir duas camadas de material de protecção (espuma),

permite que ocorra movimento relativo entre ambas (figura 7.3) o que ajuda a dissipar os níveis

de aceleração ao nível da cabeça devido à redução do movimento de inércia.

a) b)

Figura 7.3: Deslocamento relativo entre as duas camadas de espuma.


81

7.2 Testes de impacto (norma ECE R22/05).

De acordo com a norma ECE R22/05, simulou-se 4 testes de impacto, que visam obter os

níveis de acelerações na cabeça humana, nesses testes o capacete embate com uma placa

rígida a uma velocidade de 7,5 m/s. Para o efeito, o capacete foi modelado utilizando as duas

camadas de espuma em EPS com densidade de 31,2 kg/m3.

Na figura 7.4 estão presentes os fotogramas e o gráfico de aceleração resultantes do

teste de impacto do capacete no ponto B nas condições da norma ECE R22/05. É de salientar

que devido a uma limitação do software que permite visualizar os resultados (Altair Hyperview)

com o elemento SOLID4, a malha aparenta ter falhas, o que não afecta os resultados porque

este software serve apenas como visualizador.

a) b) c)

d) e) f)

g)

Figura 7.4:Simulação do teste de impacto no ponto B do capacete segundo a norma ECE R22/05.

Capítulo 7

82

Nesta simulação o capacete obteve uma boa resposta, relativamente ao valor máximo

da resultante da aceleração, obtendo-se um valor máximo de 220,4 g (tabela 19), ou seja, 54,6

g abaixo do limite especificado pela norma em causa.

Na figura 7.5 estão presentes os fotogramas e o gráfico de aceleração resultantes do

teste de impacto do capacete no ponto R nas condições da norma ECE R22/05.

a) b) c)

d) e) f)

g)

Figura 7.5: Simulação do teste de impacto no ponto R do capacete segundo a norma ECE R22/05.

Relativamente ao valor máximo da resultante da aceleração, para o impacto no ponto R,

obteve-se um valor máximo de 205,9 g (tabela 19), ou seja, 69,1 g abaixo do limite

especificado pela norma em causa.


83

Na figura 7.6 são apresentados os fotogramas e o gráfico de aceleração resultantes do

teste de impacto do capacete no ponto R nas condições da norma ECE R22/05.

a) b) c)

d) e) f)

g)

Figura 7.6: Simulação do teste de impacto no ponto P do capacete segundo a norma ECE R22/05.

Para o impacto no ponto P do capacete, obteve-se um valor máximo de 186 g (tabela

19), ou seja, 89 g abaixo do limite especificado pela norma em causa.

Na figura 7.7 são apresentados os fotogramas e o gráfico de aceleração resultantes do

teste de impacto do capacete no ponto X nas condições da norma ECE R22/05.

Capítulo 7

84

a) b) c)

d) e) f)

g)

Figura 7.7: Simulação do teste de impacto no ponto X do capacete segundo a norma ECE R22/05.

Para o último ponto do capacete testado, o ponto X, o valor máximo da resultante da

aceleração, obtido foi de 229,8 g (tabela 19), ou seja, 54,6 g abaixo do limite especificado pela

norma em causa.

Na Tabela 19 estão presentes os resultados obtidos nos testes de impacto segundo a

norma ECE R22/05, verificando-se que o maior valor da aceleração surgiu no impacto com

lateral do capacete. No entanto, este é, um valor explicável se tivermos em conta os aspectos

aerodinâmicos dos capacetes convencionais, pois, esta é, a zona do capacete que maior

apresenta maior superfície de contacto, e como tal, apresenta um maior atrito, sujeitando a

cabeça a maiores níveis de inércia. Porém este valor, bem como, os valores do HIC obtidos,


85

apresentam-se abaixo dos limites especificados pela norma ECE R22/05, tornando o sistema

de duas camadas de material de espuma projectado uma solução viável e a ter em conta.

Tabela 19: Resultados das simulações dos testes de impacto do capacete de acordo com a norma ECE R22/05.

Ponto de impacto no

capacete

Velocidade de impacto

(m/s) HIC36

Resultante da aceleração

(g)

Ponto B 7,5 1978,1 220,4

Ponto R 7,5 1765,5 205,9

Ponto P 7,5 1606,2 186

Ponto X 7,5 1831 229,8

Na figura 7.8 estão presentes as diferentes etapas de aceleração na cabeça usando um

capacete convencional, ou seja, de apenas uma camada de material de espuma. Comparando

essas etapas com os gráficos das acelerações resultantes das simulações efectuadas, verifica-

se que conseguiu-se reduzir uma dessas etapas.

a) b)

Figura 7.8: Etapas de aceleração na cabeça com um capacete de apenas uma camada de espuma.

Na primeira fase o capacete e cabeça movem-se em direcção ao objecto de impacto, o

capacete colide com o objecto de impacto e a sua velocidade decresce para zero; a cabeça

continua com a sua velocidade inicial. De seguida, na fase 2, aumenta a quantidade de força

exercida pelo material de espuma na cabeça, devido ao facto de este material estar fortemente

ligado à cabeça devido a forças de inércia, aumentando o nível de acelerações na cabeça. Na

fase 3 o capacete move-se novamente contra o objecto de impacto e existe uma redução do

atrito entre o material de espuma e a cabeça por breves instantes, fazendo baixar o nível de

acelerações na cabeça. Na fase 4 a inércia do casco em movimento, contribui para o aumento

do efeito de compressão no material de espuma, e os níveis de aceleração na cabeça crescem

até atingirem o valor máximo (atingida a máxima compressão do material de espuma). Então

na fase 5 e 6, a cabeça separa-se do material de espuma, reduzindo o nível de aceleração.

Capítulo 7

86

Assim verifica-se que a diferença entre o capacete projectado (duas camadas de espuma) e

um capacete normal está na fase 4, onde se conseguiu reduzir a inércia transmitida pelo casco

ao material de espuma e consequentemente amenizar os níveis de aceleração na cabeça.

O baixo atrito que o sistema de duas camadas de espuma proporciona entre a cabeça

e o resto do capacete – traduz-se num menor tempo de separação da cabeça relativamente ao

material de espuma e consequente redução de forças de inércia que estão na origem da

aceleração a que a cabeça é submetida - é um factor fulcral para os valores do HIC obtidos,

consideravelmente abaixo dos 2400 impostos pela norma ECE R22/05.

7.3 Efeito da densidade do material de espuma do capacete no nível de acelerações na cabeça.

No seguimento da estrutura deste capítulo, foi efectuada uma simulação em que na

qual, o material de espuma anteriormente modelado em EPS, foi substituído por uma espuma

de EPP e cuja densidade é superior à do EPS.

Na figura 7.9 está presente a curva das acelerações resultante do impacto do ponto P

do capacete com uma velocidade de impacto de 7,5 m/s, utilizando como material de espuma o

EPP com densidade de 44 kg/m3.

Figura 7.9: Simulação do teste de impacto no ponto P do capacete com espuma em EPP.

Nesta simulação obteve-se um valor máximo da resultante da aceleração na cabeça de

240 g e um HIC de 2134,6. Então, o valor da aceleração máxima e do HIC foi superior aos

valores registados anteriormente com o material de espuma em EPS e com uma densidade

inferior. Estes valores demonstram que o aumento da densidade de um material de espuma

conduz a um aumento da aceleração linear sofrida na cabeça, bem como do valor do HIC. A

maior rigidez, que o aumento da densidade confere ao material, implica um aumento da

aceleração e do nível de lesões na cabeça.


87

Para que um capacete apresente bons níveis de eficácia, reduzindo a aceleração e o

nível de lesões sofridas na cabeça, é necessário usar um material que apresente uma boa

capacidade de deformação durante o impacto, de forma a atenuar a velocidade de impacto e

minimizar a inércia sofrida na cabeça.

7.4 Efeito produzido pela combinação de materiais de espuma EPS e EPP sobre os níveis de aceleração sofridos pela cabeça humana.

O modelo do capacete desenvolvido permite introduzir a combinação de dois materiais

diferentes ao nível do material de espuma. Assim, de modo a estudar se esta seria uma

solução viável, realizaram-se simulações nas quais combinou-se no interior do capacete os

materiais de espuma EPS e EPP, isto é, na primeira simulação foi utilizado EPP para a camada

de espuma com 1 cm de espessura e EPS para a de 3cm de espessura; na segunda simulação

a camada de espuma com 1cm de espessura foi modelada em EPS e a camada de espuma

com maior espessura em EPP. Ambas as simulações foram realizadas a uma velocidade de

impacto do capacete com o corpo rígido plano de 7,5 m/s, e o ponto de impacto testado foi o

ponto P (figura 5.14).

Na tabela 20 são apresentados os valores obtidos em ambas as simulações. Assim

verifica-se que em ambas simulações a combinação do material de espuma EPS com EPP,

provocou um aumento da aceleração máxima, comparativamente à simulação efectuada nas

mesmas condições mas com um único material de espuma, o EPS.

Tabela 20: Resultados obtidos nas simulações com EPP/EPS.

Simulação Velocidade (m/s) HIC36 Máximo valor da resultante da aceleração (g)

1 7,5 2083 238

2 7,5 2848 285

Os valores obtidos na simulação 2 ultrapassam os limites impostos pela norma ECE

R22/05, e como tal nunca seria uma solução viável. Os elevados valores que resultaram na

simulação 2 prendem-se com o facto da camada em EPS, apresentar uma menor densidade e

espessura, factores que quando conjugados e submetidos a forças de compressão, originam

um deformação total do material num intervalo de tempo muito reduzido, devido à curta fase de

densificação que esta camada apresenta. Através da figura 7.10, pode-se constatar que a

camada de espuma menos espessa e com menor densidade, modelada na simulação 2,

apresenta uma deformação muito mais elevada comparativamente à mesma camada de

espuma mas com densidade superior (modelada na simulação 1).

Capítulo 7

88

Simulação 1 Simulação 2

Figura 7.10: Compressão das camadas de material de espuma na simulação 1 e 2.

Porém, a utilização de materiais diferentes entre ambas as camadas, não deverá ser

completamente posta de parte visto que existem muitos materiais com comportamentos muito

interessantes como alguns materiais em gel, utilizados em calçado de corrida, que apresentam

um comportamento de fluido não-newtoniano, com excelentes propriedades de absorção de

energia, podendo ser uma solução muito eficaz na redução dos níveis de aceleração na

cabeça quando combinado com o EPS de baixa densidade.

V V

Conclusões

89

8 Conclusões

No primeiro trabalho desenvolvido nesta tese, verificou-se que por cada 1000 veículos

em circulação em Portugal no ano de 2005, o número de vítimas mortais em veículos de duas

rodas, é sensivelmente oito vezes superior ao número de vítimas mortais nos veículos ligeiros.

Este elevado número de fatalidades está fortemente ligado ao uso do capacete, verificando-se

que ao nível dos velocípedes – categoria de veículos na qual o uso do capacete não é

obrigatório - nenhuma das vítimas mortais ou feridos graves, usava capacete. Nas restantes

categorias de veículos de duas rodas, também se verificou que ocorre um nítido agravamento

de lesões na população de condutores e passageiros que não usavam capacete. Conclui-se

assim, que o uso obrigatório do capacete na classe dos velocípedes é um dos factores chave

para a redução da sinistralidade rodoviária com veículos de duas rodas em Portugal.

Relativamente ao trabalho efectuado no âmbito do projecto europeu COST357

PROHELM, verificou-se que em Portugal 72,3% dos condutores questionados envolvidos em

acidentes, conduziam motociclos de potência não limitada, os que apresentam maior índice de

gravidade em Portugal, e 60 % usavam capacete integral. O facto de maioria da população

entrevistada usar capacete integral é efectivamente um bom sinal, tendo em conta a segurança

acrescida que estes capacetes apresentam, em particular na redução de lesões faciais.

Também se concluiu que as duas principais preocupações na compra de um capacete são o

preço, seguido da qualidade e segurança. Ao nível das etiquetas de homologação da norma

ECE R22/05, em Portugal 45% dos capacetes analisados não apresentavam a etiqueta, tendo

sido cortada ou inexistente, o que é preocupante.

No que concerne a danos verificados nos capacetes, em Portugal, tal como nos outros

países participantes, verificou-se que as zonas críticas são a traseira do capacete, seguida das

zonas laterais. Ao nível de testes de visibilidade efectuados verificou-se que as condições

climatéricas associadas a cada um dos países participantes no projecto conduziram a algumas

pequenas diferenças de resultados já esperados, porém, os resultados indicam que os

capacetes proporcionam boas condições de visibilidade aos seus utilizadores.

O modelo computacional do capacete desenvolvido, baseado em todo o trabalho

estatístico e de recolha de dados, foi projectado tendo em conta um único objectivo: melhorar o

nível de segurança dos utilizadores de veículos de duas rodas. Este modelo também permite

facilmente a fabricantes de capacetes, após calibrar os resultados de um ensaio experimental

de materiais, realizar simulações com vista a melhorar com maior benefício tempo-custo, a

segurança dos seus capacetes.

Foi introduzido um novo sistema de duas camadas, de material de protecção em

espuma no interior do capacete, que se mostrou muito eficaz e promissor, na redução dos

níveis de aceleração e lesões sofridas na cabeça, devido à redução do atrito entre a cabeça e

o interior do capacete.

Capítulo 7

90

As simulações da norma ECE R22/05 vieram assegurar que o capacete modelado

estava acima dos parâmetros mínimos de segurança impostos, o que conferiria ao modelo um

certificado de homologação, tornando a sua distribuição no mercado viável.

Ao nível da influência da densidade no material de espuma do capacete, concluiu-se

que esta é uma propriedade que tem muita importância neste tipo de material, constatando-se

que uma elevada densidade implica um aumento do nível de acelerações na cabeça, e,

consequentemente de lesões.

O facto do modelo de capacete desenvolvido, possuir duas camadas de material de

espuma no interior, também permite a combinação entre mais do que um material. Nestas

simulações os resultados obtidos apenas demonstraram que na camada com menor

espessura, não deve ser utilizado um material com baixa densidade, porque apresentam uma

rápida densificação e não contribuem para a redução do nível de acelerações na cabeça.

Porém a combinação entre novos materiais deve ser um objecto de estudo futuro,

nomeadamente com a combinação do material de espuma com alguns materiais que

apresentem um comportamento de fluido não-newtoniano, com alguns materiais em gel, que

são usados na indústria do calçado de alta competição, e que apresentam excelentes

propriedades de absorção de impactos.

9 Estudos futuros

Recomenda-se que futuramente sejam efectuadas simulações que visam a incorporação do

modelo de capacete desenvolvido com o modelo antropomórfico Hybrid III, que já começaram

a ser desenvolvidos como se pode verificar na figura 9.1; porém devido à extensão do trabalho

desenvolvido este será tema de desenvolvimento futuro, com o intuito de quantificar os níveis

de esforços e de lesões ao nível do pescoço humano, provocadas pelas acelerações lineares e

de rotação.

Figura 9.1: Compressão das camadas de material de espuma na simulação 1 e 2.

Conclusões

91

Por fim, devem ser implementados novos cenários de colisões, que recriem acidentes

reais, com a incorporação de veículos, em detrimento dos testes de laboratório, de forma a

retirar algumas ilações sobre a viabilidade destes.

Bibliografia

93

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94

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