ACIDENTOLOGIA E DESENVOLVIMENTO DE ESTRUTURAS DE ABSORÇÃO DE ENERGIA PARA VEÍCULOS PESADOS

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1 ACIDENTOLOGIA E DESENVOLVIMENTO DE ESTRUTURAS DE ABSORÇÃO DE ENERGIA PARA VEÍCULOS PESADOS Luís Manuel Mendes Frederico Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica Júri Presidente: Prof. Nuno Manuel Mendes Maia Orientador: Prof. João Manuel Pereira Dias Vogal: Prof. Luís Alberto Gonçalves de Sousa Novembro de 2007

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3 Impacto em estruturas de absorção de energia para veículos pesados Agradecimentos Em primeiro lugar, quero deixar aqui o meu agradecimento ao Professor João Dias pela sua orientação e disponibilidade, pelo tema proposto para este trabalho, e pelas ideias originais que sugeriu serem introduzidas. Aos meus pais, por me terem dado a possibilidade de realizar este curso, pelo interesse demonstrado em saber como corria a elaboração deste trabalho, e pela paciência e compreensão que me deram ao longo destes anos mas particularmente nesta última fase, e à minha família em geral pelo apoio dado. À Susana por todos os bons momentos passados durante a elaboração deste trabalho, por toda a força dada, e pela compreensão nas alturas em que não podíamos estar juntos. Ao Luís, Rui e Tiago, pelos laços de amizade criados através do convívio diário nestes últimos meses, pelos hilariantes momentos passados na sala de trabalho, e pelas sugestões e ajudas dadas quando as coisas corriam menos bem. A todos os outros meus colegas e amigos, por toda a ajuda que deram ao longo do curso, e pelos bons momentos de convívio passados dentro e fora da universidade, especialmente naqueles em que tudo o que menos se queria era pensar nela. i

4 Resumo Neste trabalho efectuou-se um estudo relativo a acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias que ocorreram em 2005 em Portugal, de modo a identificar os danos sofridos pelos condutores destes veículos e a caracterizar as vítimas mortais resultantes destes acidentes. No mesmo estudo determinaram-se as principais causas, localização temporal, e tipos de vias e intersecções em que mais ocorrem acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias. Realizaram-se ainda reconstituições de acidentes reais envolvendo veículos de mercadorias de modo a conhecer alguns factores que levam à existência de acidentes envolvendo estes veículos e a partir daí desenvolver medidas que conduzam à redução da sinistralidade rodoviária. Elaborou-se também um estudo de estruturas existentes para tentar minimizar os danos resultantes de impactos (traseiros ou laterais) de veículos ligeiros em veículos pesados de mercadorias ou (semi-)reboques. Seguidamente, desenvolveram-se modelos computacionais para a simulação de impacto entre um veículo ligeiro e estruturas de absorção de energia colocadas na traseira ou lateralmente num semi-reboque. A metodologia utilizada para o desenvolvimento foi baseada na teoria dos elementos finitos. Todos os modelos foram desenvolvidos num programa CAD 3D e posteriormente exportados para um programa de elementos finitos, de modo a analisar como é que as características estruturais de cada uma das estruturas de absorção de energia influenciam a deformação da frente do veículo ligeiro e as desacelerações provocadas nele. Os resultados obtidos permitem concluir que certas estruturas são mais eficazes que outras, e como certas melhorias estruturais ou geométricas destas estruturas ajudam a reduzir as consequências deste tipo de acidentes. Finalmente, apresentou-se uma lista de medidas que se considerou importante serem aplicadas aos veículos pesados de mercadorias e seus condutores e vias, sendo que algumas foram retiradas das conclusões obtidas nos capítulos anteriores. ii

5 Abstract For this work, it was made a study concerning accidents with heavy trucks that occurred in 2005 in Portugal, with the objective of identifying the magnitude of the injuries caused in the drivers of these vehicles and to characterize the fatalities that resulted of these accidents. In the same study it were determined the main causes, type of roads and intersections, months and time of the day these accidents most occur. Real accidents reconstructions with heavy trucks were made to know reasons that lead to the existence of accidents with these vehicles and so that there could be developed measures to reduce road accidents. Another study was made concerning available structures that are used to reduce the damage that results from rear or side impact of light vehicles into heavy trucks or (semi-)trailers. Computer models were developed to simulate the impact of a small vehicle into a semi-trailer rear and side impact guards. The methodology used for the development was based in the finite element theory. All models were developed in a CAD 3D program, then being exported to a finite element program, so that it could be tested how the structural characteristics of each impact guard influenced the deformation of the vehicles front and the decelerations caused in it. The results show how certain structures are more effective than others and how structural and geometrical improvements on them help to reduce the consequences of these accidents. Finally, a list of measures that were considered important to be applied to heavy trucks and its drivers and roads was made. Some of these measures were thought from the conclusions obtained in the previous chapters. iii

6 Palavras-chave Reconstituição de acidentes rodoviários Veículos pesados de mercadorias Elementos finitos Impacto de estruturas Contacto Acidentologia Keywords Road accidents reconstruction Heavy trucks Finite elements Structures impact Contact Accidentology iv

7 Glossário DGV Direcção Geral de Viação. PC-Crash Programa informático utilizado na reconstituição de acidentes. FG Feridos graves. FL Feridos ligeiros ou feridos leves. TAS Taxa de álcool no sangue. TV Todos os veículos. Acidente Ocorrência na via pública ou que nela tenha origem envolvendo pelo menos um veículo, do conhecimento das entidades fiscalizadoras (GNR, GNR/BT e PSP) e da qual resultem vítimas e/ou danos materiais. Acidente com vítimas Acidente do qual resulte pelo menos uma vítima. Acidente mortal Acidente do qual resulte pelo menos uma vítima mortal. Acidente com feridos graves Acidente do qual resulte pelo menos um ferido grave, não tendo ocorrido qualquer morte. 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. Vítima Ser humano que em consequência de acidente sofra danos corporais. Morto ou vítima mortal Vítima de acidente cujo óbito ocorra no local do evento ou no seu percurso até à unidade de saúde. Para obter o número de vítimas mortais a 30 dias 1, aplica-se a este valor um coeficiente de 1,14. Ferido grave Vítima de acidente cujos danos corporais obriguem a um período de hospitalização superior a 24 horas. Ferido leve/ligeiro Vítima de acidente que não seja considerada ferida grave. Condutor Pessoa que detém o comando de um veículo ou animal na via pública. Passageiro Pessoa afecta a um veículo na via pública e que não seja condutor. Ocupante Pessoa que se encontra de um veículo na via pública podendo ser condutor ou passageiro. Peão Pessoa que transita na via pública a pé e em locais sujeitos à legislação rodoviária. Consideram-se ainda peões todas as pessoas que conduzam à mão velocípedes ou ciclomotores de duas rodas sem carro atrelado ou carros de crianças ou de deficientes físicos. Índice de gravidade Número de vítimas mortais por 100 acidentes com vítimas. 1 Definição internacional (Convenção de Viena) v

8 Índice Agradecimentos... i Resumo... ii Abstract... iii Palavras-chave... iv Keywords... iv Glossário... v Índice... vi Lista de Figuras... viii Lista de Tabelas... xi 1 Introdução Motivação Revisão bibliográfica Objectivos e organização do trabalho Análise dos acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias em Portugal em Análise das vítimas resultantes de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias Localização geográfica e temporal Natureza dos acidentes Acidentes por colisão lateral com outro veículo em movimento Acidentes por colisão traseira com outro veículo em movimento Localização dos acidentes Tipo de via Tipo de intersecção Análise temporal dos acidentes Meses do ano Horas do dia Comparação de acidentes entre o distrito de Santarém e o distrito de Lisboa Localização dos acidentes Localização das vítimas mortais e feridos graves Tipo de via Natureza dos acidentes Tipo de intersecção Meses em que ocorrem os acidentes Despistes simples Reconstituição de acidentes reais com veículos de mercadorias Metodologia para a reconstituição de acidentes Construção do cenário do acidente Modelos dos veículos Exemplos de acidentes reais Colisão entre dois veículos pesados de mercadorias Colisão de um veículo ligeiro de passageiros na traseira de um semi-reboque Colisão de um veículo ligeiro de mercadorias com um motociclo Colisão de um veículo ligeiro de passageiros com um veículo ligeiro de mercadorias e com um ciclomotor Estruturas de absorção de energia Situação actual O fenómeno do underride Soluções adoptadas por alguns construtores de veículos pesados de mercadorias Estudos e soluções recentes Normas sobre protecções traseiras Testes sugeridos pela Universidade Estadual de Campinas... Error! Bookmark not defined. vi

9 5 Desenvolvimento de estruturas de absorção de energia com modelos de elementos finitos Modelação de corpos tridimensionais Impacto em estruturas de absorção de energia traseiras Impacto em estruturas de absorção de energia laterais Medidas para a redução da sinistralidade rodoviária Medidas relativas aos veículos pesados de mercadorias Medidas relativas a condutores Medidas relativas às vias Conclusões e desenvolvimentos futuros Conclusões Desenvolvimentos futuros Bibliografia vii

10 Lista de Figuras Figura Vítimas mortais em acidentes rodoviários por milhão de habitantes, TV, fonte CARE [1] Figura Ocupantes de veículos pesados de mercadorias que faleceram, por cada 10 milhões de habitantes, fonte: CARE [1]... 2 Figura Número de condutores vítimas mortais por cada 1000 veículos em circulação em 2005, [2] Figura 2.1 Fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias na União Europeia, por milhão de habitantes, em 2005, [1]... 8 Figura Acidentes com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Figura Vítimas em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Figura Lesões em condutores de veículos pesados de mercadorias, em Figura Fatalidades em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Figura Situação da carta de condução dos condutores de veículos pesados de mercadorias envolvidos em acidentes, em Figura Número de acidentes com veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes, por distrito, em Figura Índice de gravidade dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, por distrito, em Figura Localização dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, em Figura Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, fora e dentro das localidades, em Figura 2.11 Condutores (de todos os veículos) que faleceram em 2004 e em 2005, Figura Vítimas em acidentes com veículos pesados de mercadorias, segundo acções e manobras praticadas Figura Tipo de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Figura Vítimas segundo o tipo de acidente, envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Figura Número de colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes do distrito, em Figura 2.16 Localização dos acidentes, das vítimas mortais e feridos graves dos veículos pesados de mercadorias em colisões laterais, em Figura Colisões laterais dos veículos pesados de mercadorias, por meses, em Figura Colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em Figura Colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Figura Número de colisões traseiras envolvendo veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes do distrito, em Figura Localização das vítimas mortais e feridos graves dos veículos pesados de mercadorias em colisões traseiras, em Figura Colisões traseiras dos veículos pesados de mercadorias, por meses, em Figura Colisões traseiras envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em Figura Colisões traseiras envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Figura Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Figura Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em Figura Distribuição dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, segundo os meses de Figura Distribuição dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, segundo a hora do dia, em Figura Localização dos acidentes com veículos pesados de mercadorias nos distritos de Santarém e Lisboa, em Figura Acidentes de veículos pesados de mercadorias com vítimas mortais e feridos graves em Santarém e Lisboa, em Figura Acidentes com veículos pesados de mercadorias por tipo de via, nos distritos de Santarém e Lisboa, em Figura Natureza dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, nos distritos de Santarém e Lisboa, em Figura Acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias por tipo de intersecção, nos distritos de Santarém e Lisboa, em Figura Acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias por meses, nos distritos de Santarém e Lisboa, em viii

11 Figura Distribuição dos acidentes por despiste simples com veículos pesados de mercadorias, segundo a hora do dia, em Figura Zonas da estrada onde ocorreram despistes simples de veículos pesados de mercadorias, em Figura 3.1 Exemplo de um cenário tridimensional com veículos Figura 3.2 Processo de optimização do PC-Crash, [18] Figura Sequência de imagens de um acidente com veículos sem ocupantes Figura 3.4 Local do acidente Figura 3.5 Rastos de travagem deixados no pavimento pelo Veículo Figura Perspectivas frontais da deformação do Veículo 2, com pormenor a assinalar a zona deformada devido ao impacto entre os dois veículos pesados de mercadorias Figura 3.7 Perspectiva da cabina do Veículo 2. Figura 3.8 Posição final do Veículo Figura 3.9 Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações Figura 3.10 Fotograma do acidente Figura 3.11 Local do acidente Figura 3.12 Perspectiva da traseira do semi-reboque Figura 3.13 Pormenor do rasgo no pneu Figura 3.14 Pormenor do dano no apoio da Figura 3.15 Perspectivas frontais do Veículo Figura 3.16 Perspectivas laterais esquerda e direita do Veículo 2, respectivamente Figura Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações Figura Fotograma do acidente Figura Local do acidente Figura Rastos de travagem deixados no pavimento pelo Veículo Figura Perspectivas do Veículo Figura Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações Figura Fotograma do acidente Figura Local do acidente, com pormenor a assinalar a saída de garagem onde se encontrava o Veículo 1.48 Figura 3.25 Perspectiva da traseira do Veículo Figura 3.26 Pormenor do rasgo lateral devido à Figura 3.27 Pormenor do local de impacto com Figura 3.28 Pormenor do local onde o condutor Figura 3.29 Perspectiva geral do Veículo Figura Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações Figura 3.31 Fotograma do acidente Figura Underride traseiro Figura Underride lateral Figura Esquema do efeito de cunha, [8] Figura Esquema do efeito de guilhotina, [8] Figura Sequências habituais do underride lateral, [7], [24] Figura Testes da RENAULT de uma colisão frontal entre um Premium (tractor) e um Mégane (ligeiro) Figura Protecções concebidas pela VOLVO, para evitar o underride lateral Figura Pára-choques concebido pela BENALU, para instalar na traseira de semi-reboques Figura Testes com protecções traseiras para evitar o underride, efectuadas no Brasil, [8] Figura Testes com protecções traseiras para evitar o underride, efectuadas no Canadá, [25] Figura TMA (Truck Mounted Attenuators), [26] Figura Efeitos de uma protecção traseira com demasiada altura ao solo Figura Dimensões e carregamentos definidos pela norma FMVSS223, [27] Figura Distâncias definidas pela norma FMVSS224, [27] Figura Dimensões, distâncias e carregamentos definidos pela norma E.C.E. R58, [28] Figura Parâmetros da norma a ser implementada, [8] Figura 5.1 Veículo usado nas colisões laterais nos testes NCAP Figura 5.2 Semi-reboque Figura 5.3 Modelação de uma protecção traseira simples Figura 5.4 Impacto em protecção traseira que não absorve energia Figura 5.5 Sequência da simulação Figura Nó de onde se retirou a evolução da desaceleração Figura 5.7 Modelação de uma das protecções traseiras testadas pela FEM, [8] Figura 5.8 Sequência da simulação Figura 5.9 Evolução da desaceleração no nó Figura 5.10 Modelação de uma protecção traseira criada pela BENALU Figura 5.11 Sequência da simulação Figura 5.12 Evolução da desaceleração no nó ix

12 Figura Modelação de uma protecção traseira alternativa Figura Sequência da simulação Figura Evolução da desaceleração no nó Figura 5.16 Estrutura de protecção laterais instaladas em semi-reboques Figura 5.17 Modelação de uma protecção lateral criada pela BENALU Figura 5.18 Sequência da simulação Figura 5.19 Evolução da desaceleração no nó Figura 5.20 Mecanismo móvel de protecção lateral Figura 5.21 Semi-reboque com mecanismo móvel de protecção lateral Figura 5.22 Pormenor das zonas ligação com o mecanismo na posição normal Figura 5.23 Pormenor das zonas ligação com o mecanismo na máxima elevação Figura 5.24 Modelação simplificada do mecanismo móvel para protecção lateral Figura 5.25 Sequência da simulação Figura 5.26 Evolução da desaceleração no nó x

13 Lista de Tabelas Tabela Fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias, na União Europeia em 2005, [1] Tabela Acidentes com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Tabela Vítimas em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Tabela Ferimentos em condutores de veículos pesados de mercadorias, em Tabela Tipos de vítimas mortais em acidentes com veículos pesados de mercadorias, em Tabela Número de acidentes com veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes, por distrito, em Tabela Índice de gravidade dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, por distrito, em Tabela Localização dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, em Tabela Tipo de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Tabela Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Tabela Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em Tabela 5.1 Propriedades físicas do veículo ligeiro Tabela 5.2 Propriedades do aço AISI Tabela 5.3 Propriedades do aço AISI xi

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15 1 Introdução Neste capítulo é apresentada a motivação para a elaboração deste trabalho cujo principal objectivo é desenvolver e comparar estruturas de absorção de energia que possam ser colocadas em veículos pesados de mercadorias e (semi-)reboques. É ainda realizada uma breve revisão bibliográfica. Por fim, são apresentados os objectivos e a organização deste trabalho Motivação A sinistralidade rodoviária continua a ser uma das principais causas de morte em Portugal. Desde 1991 até 2005 conseguiu-se reduzir o número de vítimas mortais, de mais de 3200, para cerca de Apesar de uma redução de 60% no número de vítimas mortais, Portugal ainda está na cauda da Europa dos 15 no que respeita à sinistralidade rodoviária. Embora tenham sido levadas a cabo diversas campanhas de sensibilização, alterações ao Código da Estrada, e outras medidas, muitas das vítimas devem-se ao comportamento inadequado dos utilizadores da via pública. Como se verifica na Figura 1.1, desde 1996 que o número de vítimas mortais em Portugal tem vindo a descer, tendo em 2005 ficado abaixo do Chipre, Eslovénia, Estónia, Grécia, Hungria, Letónia, Lituânia, Polónia e República Checa. No entanto, deve-se ter em conta que a maioria destes países entraram em 2004 para a União Europeia Alemanha Áustria Bélgica Chipre Dinamarca Eslováquia Eslovénia Espanha Estónia Finlândia França Grécia Holanda Hungria Irlanda Itália Letónia Lituânia Luxemburgo M alta Polónia Portugal Reino Unido República Checa Suécia Figura Vítimas mortais em acidentes rodoviários por milhão de habitantes, TV 2, fonte CARE (Community database on Accidents on the Roads in Europe) [1]. 2 TV Todos os veículos (veículos ligeiros, pesados, velocípedes, ciclomotores e motociclos). 1

16 Na Figura 1.2 (fonte: CARE [1]) está representado o número de ocupantes de veículos pesados de mercadorias que faleceram por cada 10 milhões de habitantes desde 1996, na Europa dos 15 (excepto Luxemburgo e Alemanha) Áustria Bélgica Dinamarca Espanha Finlândia França Grécia Holanda Irlanda Itália Portugal Reino Unido Suécia Figura Ocupantes de veículos pesados de mercadorias que faleceram, por cada 10 milhões de habitantes, fonte: CARE [1]. Verifica-se neste caso que Portugal está equiparado com países como a Espanha, França e Grécia. No entanto, é necessário ter em conta que tanto a Espanha como a França são países de transição onde os camionistas passam para se dirigirem a outros países, enquanto que Portugal é um país do extremo da Europa, pelo que deve ser comparado com países na mesma situação geográfica como Reino Unido, Suécia ou Finlândia que apresentam uma taxa muito menor de vítimas mortais de ocupantes de veículos pesados de mercadorias. A Figura 1.3 apresenta o número de condutores que faleceram por cada 1000 veículos de cada categoria a circular em Portugal no ano de Veículos ligeiros Veículos pesados Motociclos Figura Número de condutores vítimas mortais por cada 1000 veículos em circulação em 2005, [2]. 2

17 Os motociclos são a categoria com maior índice de mortalidade, seguidos dos veículos pesados, ou seja, por cada 1000 veículos pesados a circular em Portugal, 19 pessoas perdem a vida em acidentes. O número de mortes por cada 1000 veículos em circulação em veículos pesados é superior a em veículos ligeiros, devido a haver muito menos veículos pesados a circular do que estes e tembém pela gravidade de acidentes envolvendo veículos pesados Revisão bibliográfica Num acidente envolvendo veículos pesados, existe uma baixa probabilidade de os seus ocupantes morrerem ou ficarem gravemente feridos, acontecendo exactamente o oposto para os ocupantes dos outros veículos (que não sejam desse tipo) envolvidos no acidente. Segundo dados estatísticos, presentes no relatório anual de sinistralidade da DGV, [2], em 2005 os veículos pesados representavam cerca de 11% dos veículos em circulação em Portugal, mas os seus ocupantes representaram apenas 3% das vítimas mortais e feridos graves resultantes de acidentes rodoviários. Em 2005, segundo [2], 1166 ocupantes de veículos pesados (de mercadorias e de passageiros) foram vítimas de acidentes de viação. Deste total, 29 faleceram e 66 ficaram gravemente feridos. No mesmo ano, ocupantes de outros veículos ficaram feridos, havendo 844 vítimas mortais, 2952 feridos graves e feridos ligeiros. Os Estados Unidos, é um país que devido às suas dimensões tem um grande número de veículos pesados de mercadorias a circular nas suas estradas para transporte das mais variadas mercadorias. Consequentemente acaba por ser um dos países com maior número de acidentes envolvendo este tipo de veículos, e também um dos países onde existe mais investigação para tentar minimizar a sinistralidade nessa área. Um estudo realizado por uma fundação americana ligada à segurança rodoviária, [3], relativo a acidentes entre veículos ligeiros e veículos pesados de mercadorias indica que num acidente entre estes dois tipos de veículos, o ligeiro está sempre em desvantagem tendo em conta as características estruturais e a elevada massa dos veículos pesados de mercadorias, revela que neste tipo de acidentes 98% das vítimas são ocupantes dos veículos ligeiros, e que a tendência é haver cada vez mais veículos pesados de mercadorias em relação a ligeiros a circular nas estradas americanas pelo que também será maior a probabilidade de acidentes entre estes tipos de veículos. Outro estudo realizado nos Estados Unidos, [4], indica que a maioria dos acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, ocorrem aquando da sua travagem. Dada a elevada massa destes veículos, são necessárias distâncias consideráveis para eles pararem pelo que a maioria dos acidentes acontece por colisão traseira noutros veículos (também um dos tipos de acidentes mais comuns em Portugal, como se irá verificar no capítulo 2). A segunda maior causa de acidentes relacionados com a travagem destes veículos, deve-se também às suas grandes dimensões, principalmente quando têm (semi-)reboques atrelados que é o efeito de chicote (em inglês, jackknifing), também conhecido por golpe de tesoura. O efeito de chicote é o que acontece quando um veículo pesado de mercadorias, com um atrelado na sua traseira, trava a fundo subitamente e o atrelado não acompanha a desaceleração imposta pelo tractor devido ao bloqueamento das rodas traseiras, fugindo por um dos lados completamente descontrolado, podendo eventualmente capotar. O efeito de chicote pode ocorrer mesmo a velocidades abaixo dos 10 km/h. Por exemplo, no caso de um veículo tractor com um atrelado tipo (semi- )reboque cisterna com apenas metade da capacidade, existe mais do dobro da probabilidade de ocorrer efeito de chicote do que se a cisterna fosse cheia. A terceira maior causa de acidentes prende-se maioritariamente com as 3

18 dimensões dos veículos pesados de mercadorias. É necessário, por vezes, que os condutores invadam outras vias de trânsito de modo a virar à direita, ou quando descrevem curvas apertadas, ou quando passam por cruzamentos ou rotundas sem que as rodas traseiras atinjam veículos estacionados ou subam o passeio (atitude muito comum, dentro da cidade, por parte dos condutores dos autocarros). Ao invadir outras vias há sempre a possibilidade de ocorrerem acidentes (principalmente se os outros condutores não forem muito atentos) com outros veículos que sigam um pouco mais atrás na via ao lado, ou veículos que sigam no sentido oposto. Como é óbvio, os maiores tipos de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias variam em número de país para país. Na Austrália, muito do transporte de mercadorias pelo país é feito por zonas rurais, muitas delas relativamente desérticas. Assim, não é de estranhar que uma das maiores causas de acidentes com veículos pesados de mercadorias na Austrália seja a fadiga, dadas as grandes distâncias que os condutores têm que percorrer sob temperaturas extremas e estando por vezes horas sem ver mais ninguém. Um estudo realizado por uma academia australiana, [5], revelou que de 1988 para 1994 a percentagem de acidentes causados por fadiga quase que quadruplicou. Estudos mais recentes, concluíram que Austrália, a fadiga é responsável por 30% dos acidentes ocorridos em zonas rurais e 16% do total de acidentes. A fadiga foi considerada um factor muito grave, sendo quase comparável a conduzir sob o efeito do álcool, por acarretar efeitos como diminuição do tempo de reacção numa emergência, aumento do tempo de percepção de certas situações como aproximação de locais de obras na via ou passagens de nível, e diminuição da capacidade de processamento de informação (é usual um condutor cansado não se lembrar do que aconteceu em momentos anteriores). Também um estudo realizado na Austrália, [6], alerta para um dos grandes perigos de colisões de veículos em veículos pesados de mercadorias que é o underride. O underride que será descrito com mais detalhe no capítulo 4, é basicamente o fenómeno segundo o qual um veículo desliza para debaixo de um veículo pesado de mercadorias ou (semi-)reboque por trás ou lateralmente. Segundo o estudo, há dois tipos de impactos nas traseiras destes veículos: aqueles em que as rodas traseiras se encontram a menos de 500mm da secção traseira em que são os eixos traseiros que servem de barreira de impacto para o veículo, e aqueles em que as rodas traseiras se encontram a mais de 500mm da traseira que correspondem aos casos clássicos de underride em que no veículo que efectua o underride, o impacto é feito ao nível dos pilares A e do tejadilho. Nos primeiros casos, em que o veículo colide nos eixos traseiros do veículo pesado de mercadorias, dado que estas estruturas não têm qualquer tipo de absorção de energia, os ocupantes do veículo vão estar dependentes apenas da capacidade deste para absorver energia e dos sistemas de segurança existentes (dois factores que variam imenso de veículo para veículo). Embora existam actualmente imensos sistemas de segurança (airbags frontais e laterais, barras de protecção lateral nas portas, pré-tensores nos cintos de segurança, sistemas de recuo dos pedais e do volante em caso de impacto, ABS, ESP, EBD, etc.) não estão disponíveis em todos os veículos quer por razões económicas quer por algumas marcas não se preocuparem tanto com a segurança. Para veículos que circulam nas estradas sem os equipamentos mínimos de segurança (airbags frontais, pré-tensores nos cintos) mesmo que possuam uma boa capacidade de absorção de energia por deformação da zona frontal, uma colisão deste tipo pode revelar-se fatal se o condutor bater com a cabeça ou com o tronco no volante, podendo causar traumatismos ou costelas partidas. Nos segundos casos, em que o veículo fica efectivamente debaixo do veículo pesado de mercadorias após a colisão, existe intrusão do habitáculo expondo os ocupantes a ferimentos graves ou letais ao nível da cabeça. O impacto é geralmente concentrado em torno da estrutura do tejadilho e dos pilares A que fornecem pouca 4

19 resistência a este tipo de carregamentos. Mesmo circulando a velocidades moderadas (30-40 km/h), podem resultar ferimentos graves nos ocupantes do veículo, isto porque os sistemas habituais de protecção dos ocupantes não os conseguem proteger contra este tipo de colisões. Dada a gravidade deste tipo de colisões, algumas organizações, [7], [8], têm trabalhado para tentar alertar e sensibilizar os governos para alterarem as actuais normas para concepção de protecções traseiras e laterais que evitem o underride, pois as estatísticas provam que as actuais são inadequadas. Já o programa APROSYS, [32], destaca-se por analisar uma pluralidade de assuntos tais como acidentes envolvendo tanto veículos ligeiros como pesados, motociclos e peões/ciclistas, biomecânica e sistemas inteligentes de segurança entre outros. Dos sub-projectos realizados por este programa, esta tese enquadra-se mais no sub-projecto 2 que lida com veículos pesados e cujas principais preocupações são o projecto de zonas menos agressivas no contacto entre estes veículos e peões/ciclistas, o projecto de estruturas laterais e traseiras que impeçam o underride de outros veículos, e recomendações de melhorias em regulações envolvendo veículos pesados. Este programa conta com uma participação do Instituto Superior Técnico. Para além de estudos estatísticos com vista a determinar as principais causas dos acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, também se têm feito estudos com estes veículos (que podem ser encontrados na bibliografia) recorrendo a programas de elementos finitos para projectar equipamentos de segurança para estradas como rails de protecção ou muros de betão. Os equipamentos existentes nas estradas (rails, muros de betão, postes de iluminação, pórticos de sinalização, etc.) são sujeitos a grandes forças aplicadas muito rapidamente durante o impacto de um veículo, sofrendo grandes deformações que não são capazes de ser avaliadas sem um programa de elementos finitos, daí a sua importância no projecto destas estruturas. Dada a complexidade de modelar veículos em elementos finitos, o NCAC (National Crash Analysis Center) nos Estados Unidos tem-se parcialmente dedicado a construir modelos de veículos, [9], para serem usados por empresas ou universidades que queiram efectuar estudos pormenorizados deste tipo. Dois estudos realizados por M. H. Ray, um ligado a uma universidade nos Estados Unidos, [10], e outro conjuntamente com uma empresa governamental responsável pela circulação rodoviária, [11], destinam-se a testar como reagem as actuais protecções das estradas ao impacto de vários tipos de veículos. Mas por vezes, um dos grandes problemas não está na barreira em si, mas na sua transição (ex. do fim de um rail para um muro de betão, como se pode encontrar por vezes no fim de pontes ou viadutos). Numa colaboração recente entre uma universidade italiana e uma turca, [12], os investigadores Guido Bonin e Osman Atahan testaram como se comporta um veículo pesado de mercadorias no impacto com uma dessas zonas de transição, verificando-se que face à barreira testada seria necessário aumentar a sua altura de modo a que ela não fosse transposta pelo veículo. Para além dos estudos relativos aos equipamentos de segurança das estradas, modelos de elementos finitos de veículos pesados de mercadorias são também usados para o projecto de pontes ou viadutos, [13], ou para testar a resistência dos pilares de suporte deste tipo de estruturas face à colisão destes veículos, [14]. 5

20 1.3. Objectivos e organização do trabalho Os objectivos principais desta tese são: - analisar os acidentes ocorridos em Portugal envolvendo veículos pesados de mercadorias; - efectuar reconstituições de acidentes reais envolvendo esses veículos; - elaborar um estudo sobre estruturas de absorção de energia; - desenvolver modelos computacionais dessas estruturas que possam ser colocadas na traseira ou lateralmente em veículos pesados de mercadorias ou (semi-)reboques, de um veículo ligeiro e de um semi-reboque e efectuar análises dinâmicas de impacto utilizando um programa de elementos finitos. A dissertação encontra-se organizada do seguinte modo: - no capítulo 2, aborda-se a sinistralidade rodoviária envolvendo veículos pesados de mercadorias relativa a Portugal em 2005, com o intuito de determinar onde ocorrem a maioria de acidentes com estes veículos (distrito, tipo de intersecção, tipo de via, etc.), os tipos de acidentes mais frequentes (colisões frontais, laterais, etc.) e os tipos de lesões que sofrem os ocupantes deste veículos; - no capítulo 3, apresentam-se casos reais de acidentes envolvendo veículos de mercadorias (pesados ou ligeiros), e sua resolução através do desenvolvimento de modelos computacionais; - no capítulo 4, aborda-se o problema da ineficácia da maioria das estruturas de absorção de energia existentes actualmente, as soluções criadas por alguns construtores de veículos pesados de mercadorias ou (semi-)reboques e algumas que estão actualmente a ser estudadas por algumas empresas privadas ou governamentais, e as normas actuais para a concepção destas estruturas; - no capítulo 5, são apresentados os modelos tridimensionais simplificados que foram desenvolvidos, as simulações de impacto efectuadas com os mesmos e os respectivos resultados obtidos; - no capítulo 6, apresentam-se várias medidas com vista a reduzir a sinistralidade rodoviária em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias; - no capítulo 7, apresentam-se as conclusões retiradas do trabalho desenvolvido, e são sugeridas propostas para trabalhos futuros. 6

21 2 Análise dos acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias em Portugal em 2005 Neste capítulo procede-se a uma análise dos acidentes com veículos pesados de mercadorias ocorridos em Portugal em 2005, com base na base de dados de todos os acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias de onde resultaram vítimas [15]. Esta análise visa conhecer com detalhe onde, quando e porque acontecem estes acidentes. Foram analisados todos os acidentes com veículos pesados ocorridos em 2005, um total de Para cada um destes acidentes, a base de dados contém informações detalhadas relativamente ao que sucedeu aos condutores dos veículos pesados de mercadorias envolvidos, e ao acidentes em si como localização, hora, dia, tipo de via, entre outras Análise das vítimas resultantes de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias Em relação aos países da União Europeia (dos 15), Portugal está em terceiro lugar no que respeita a fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias por cada milhão de habitantes, como se pode verificar na Tabela 2.1 e na Figura 2.1. Tabela Fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias, na União Europeia em 2005, [1]. País Fatalidades de Número de Fatalidades por cada ocupantes habitantes de habitantes Áustria ,6 Bélgica ,8 Dinamarca ,6 Grécia ,4 Espanha ,7 França ,3 Irlanda ,9 Itália ,9 Luxemburgo ,7 Holanda ,5 Portugal ,3 Finlândia ,4 Suécia ,6 Reino Unido ,8 TOTAL 410 7

22 Figura 2.1 Fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias na União Europeia, por milhão de habitantes em 2005, [1]. Embora o Luxemburgo apresente a mais alta taxa de fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias por cada milhão de habitantes, os seus resultados não podem ser correctamente comparados com os dos outros países dada a sua população reduzida. Outro factor que ajuda a uma comparação correcta entre países é a sua localização, daí terem-se usado cores diferentes para os países extremos da União Europeia e países mais centrais que servem de passagem para muitos veículos pesados de mercadorias e onde ocorrem muitos acidentes com veículos provenientes de outros países. Portugal deve ser comparado a países que estejam nos extremos da União Europeia como Grécia, Reino Unido, Finlândia. Nestes casos Portugal destaca-se como o país com maior taxa, com 3.3 fatalidades de ocupantes de veículos pesados de mercadorias por cada milhão de habitantes. A Finlândia, Dinamarca e Suécia são os países com menores fatalidades por milhão de habitantes com respectivamente 0,4, 0,5 e 0,6 cada. Em 2005, ocorreram 1730 acidentes com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias em Portugal. Estão apresentados na Tabela 2.2 e Figura 2.2, a quantidade de acidentes que originam cada tipo de vítima. O facto de o total de ocorrências dar 1823 deve-se ao facto de ter havido acidentes em que houve simultaneamente vítimas mortais e/ou feridos graves e/ou feridos ligeiros. Tabela Acidentes com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Acidentes com vítimas Ocorrências % Acidentes com vítimas mortais Acidentes com feridos graves Acidentes com feridos ligeiros TOTAL ,04% 84,04% 5,92% Acidentes com vítimas mortais Acidentes com feridos graves Acidentes com feridos ligeiros Figura Acidentes com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias, em

23 Verifica-se então que os acidentes que provocam vítimas mortais são os que acontecem com menos frequência, correspondendo a 5.92% das ocorrências. Relativamente à quantidade de vítimas mortais, feridos graves e feridos ligeiros que resultaram destes acidentes, os resultados estão apresentados na Tabela 2.3 e Figura 2.3. Tabela Vítimas em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Tipo de vítimas Ocorrências % Total de vítimas mortais Total de feridos graves Total de feridos ligeiros TOTAL % Vítimas mortais Feridos graves Feridos ligeiros 9% 5% Figura Vítimas em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em De todas as vítimas resultantes de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, a que tem maior frequência são os feridos ligeiros com 86%. Relativamente ao que sucede aos condutores dos veículos pesados de mercadorias, verifica-se na Tabela 2.4 e na Figura 2.4 que quase 80% saem ilesos dos acidentes, e que apenas 1% falece e 2% ficam gravemente feridos. Tabela Ferimentos em condutores de veículos pesados de mercadorias, em Tipo de ferimento Ocorrências % Morto 15 1 Ferido grave 30 2 Ferido leve Ileso TOTAL % 2% 1% 77% Morto Ferido grave Ferido leve Ileso Figura Lesões em condutores de veículos pesados de mercadorias, em

24 Comparando as fatalidades existentes entre os ocupantes dos veículos pesados de mercadorias e os vários utentes que utilizam as estradas portugueses, verifica-se na Tabela 2.5 e na Figura 2.5, que por cada fatalidade de um ocupante de um veículo pesado de mercadorias ocorrem aproximadamente cinco fatalidades (entre ocupantes de outros veículos/peões). Verificou-se também que houve practicamente o mesmo número de fatalidades de condutores de veículos pesados de mercadorias que de peões, e que todas as categorias relativas a veículos de duas rodas, juntas, representam uma maior percentagem que essas duas categorias. Os outros (ocupantes de qualquer veículo ligeiro ou de veículos pesados de passageiros) são quem mais falece, por duas razões: - haver muito mais acidentes entre veículos pesados de mercadorias e veículos ligeiros do que com outros veículos; - no caso de veículos pesados de passageiros (autocarros na generalidade), os ocupantes vão completamente desprovidos de elementos de segurança, o que não é muito grave quando estes veículos colidem com veículos ligeiros, mas que pode tornar-se bastante perigoso quando colide com veículos pesados, principalmente tendo em conta a quantidade de pessoas que por vezes circulam neles. Tabela Tipos de vítimas mortais em acidentes com veículos pesados de mercadorias, em Vítimas mortais Ocorrências % Condutor de veículo pesado de mercadorias Passageiro de veículo pesado de mercadorias 5 4 Ocupante de velocípede 4 3 Ocupante de ciclomotor 7 6 Ocupante de motociclo 5 4 Peão Outro TOTAL % Condutor de veículo pesado de mercadorias Passageiro de veículo pesado de mercadorias Ocupante de velocípede Ocupante de ciclomotor 11% 4% 6% 3% 4% 12% Ocupante de motociclo Peão Outro Figura Fatalidades em acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em

25 Quanto à situação da carta de condução dos condutores de veículos pesados de mercadorias, o resultado é visível na Figura % 4% Com carta adequada ao veículo Outros Figura Situação da carta de condução dos condutores de veículos pesados de mercadorias envolvidos em acidentes, em Dos 1814 condutores que se viram envolvidos em acidentes com vítimas, 96% possuíam carta de condução adequada ao veículo que guiavam. Os restantes 4% distribuem-se por condutores em situação de instrução, carta caducada/suspensa, ou não adequada ao veículo que guiavam, ou mesmo por ausência desta Localização geográfica e temporal Foi possível obter a densidade populacional por distrito a partir das Estimativas de População Residente em Portugal Continental [16], e o número de acidentes com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias a partir da base de dados da DGV [15]. Juntando ambas as informações obtiveram-se os resultados da Tabela 2.6 e Figura 2.7. Tabela Número de acidentes com veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes, por distrito, em Distrito Ocorrências População total Ocorrências por em 2001 * habitantes Aveiro Beja Braga Bragança Castelo Branco Coimbra Évora Faro Guarda Leiria Lisboa Portalegre Porto Santarém Setúbal Viana do Castelo Vila Real Viseu TOTAL *- Censos

26 O distrito com mais acidentes é claramente o de Santarém, onde se registaram 39 acidentes com vítimas por cada habitantes. Seguem-se Leiria e Coimbra com 37 e 27, respectivamente. Como se pode verificar também, os distritos com menos ocorrências são Portalegre com 11 acidentes, seguido de Beja, Braga, Bragança, Lisboa, Porto e Setúbal com 13 acidentes cada. Os distritos de Lisboa e Porto, embora sendo os mais populosos são dos que apresentam menor índice de acidentes por habitantes Aveiro Beja Braga Bragança Castelo Branco Coimbra Évora Faro Guarda Leiria Lisboa Portalegre Porto Santarém Setúbal Viana do Castelo Vila Real Viseu Figura Número de acidentes com veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes, por distrito, em Analisando o Índice de Gravidade dos acidentes por distrito, verifica-se a partir da Tabela 2.7 e da Figura 2.8 que é no distrito de Vila Real que ocorrem mais vítimas mortais por cada 100 acidentes. Os acidentes são também muito graves em Bragança, Évora, Santarém, Viana do Castelo e Viseu. Curiosamente, o Porto, apesar de ser o segundo distrito com maior número de acidentes, é aquele que tem o segundo menor índice de gravidade. Tabela Índice de gravidade dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, por distrito, em Distrito Vítimas Índice de Acidentes mortais gravidade Aveiro Beja Braga Bragança Castelo Branco Coimbra Évora Faro Guarda Leiria Lisboa Portalegre Porto Santarém Setúbal Viana do Castelo Vila Real Viseu TOTAL

27 Aveiro Beja Braga Bragança Castelo Branco Coimbra Évora Faro Guarda Leiria Lisboa Portalegre Porto Santarém Setúbal Viana do Castelo Vila Real Viseu Figura Índice de gravidade dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, por distrito, em O Índice de gravidade mais baixo ocorre no distrito de Aveiro, onde embora haja 4 vítimas houve bastantes acidentes (160). Já o distrito de Évora tem o mesmo número de vítimas, mas muito menos acidentes (27) ficando assim como um dos distritos com maior Índice de gravidade. Relativamente à localização dos acidentes, verifica-se a partir da Tabela 2.8 e da Figura 2.9 que o número de acidentes com vítimas dentro e fora das localidades é bastante próximo. Tabela Localização dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, em Localização Ocorrências % Fora das localidades Dentro das localidades TOTAL % 46% Dentro de localidades Fora de localidades Figura Localização dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, em No entanto, foi fora das localidades que morreram mais pessoas. Fora das localidades, por cada 100 vítimas 6.8 faleceram e 9.8 ficaram gravemente feridas, enquanto que dentro das localidades, por cada 100 vítimas 3.2 faleceram e 8.4 ficaram gravemente feridas. Verifica-se na Figura 2.10 que a percentagem de vítimas mortais está mais próxima da dos feridos graves fora das localidades do que dentro, o que reforça a ideia que os acidentes fora das localidades são mais graves. 13

28 a) número de vítimas mortais e feridos graves b)percentagem em relação ao total de vítimas Figura Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, fora e dentro das localidades, em Comparando o relatório anual de sinistralidade da DGV de 2004 [17] com o de 2005 [2], verifica-se que no que diz respeito aos anos de carta dos condutores (de todos os veículos), que os encartados que mais morrem estão nos grupos de 1 a 5 anos e com mais de 20 anos de experiência, mas é necessário ter em conta que este último grupo abrange uma quantidade de condutores maior que os outros. Verifica-se também na Figura 2.11 que de 2004 para 2005 passou a haver menos vítimas mortais entre os encartados há menos tempo, contrariamente aos encartados há mais tempo < 1 ano 1 a 5 anos 6 a 10 anos 11 a 20 anos >= 20 anos Não definido Figura 2.11 Condutores (de todos os veículos) que faleceram em 2004 e em 2005, segundo a antiguidade da carta, [17] e [2]. 14

29 2.3. Natureza dos acidentes Nesta secção, vão-se analisar o tipo de vítimas segundo a acção/manobra efectuada pelo condutor do veículo pesado de mercadorias, e as causas que levaram à ocorrência dos acidentes. Na Figura 2.12, pode observar-se a percentagem do tipo de vítimas segundo a acção ou a manobra efectuada pelo condutor. Figura Vítimas em acidentes com veículos pesados de mercadorias, segundo acções e manobras praticadas. Ou seja, das vítimas mortais 66.2% das vítimas mortais seguiam em marcha normal quando se deu o acidente, 11.9% efectuaram um desvio brusco/saída de fila de trânsito, 5.2% estavam a ultrapassar pela esquerda, e 16.8% noutras situações, como por exemplo circulação em sentido oposto, mudança de direcção, mudança de via de trânsito, inversão do sentido de marcha, etc. O mesmo se verifica para os feridos graves e para os feridos ligeiros. É notório que, na grande maioria dos casos, as vítimas circulavam em marcha normal. É de extrema importância definir as causas dos acidentes. As colisões com outros veículos (tanto frontais, como laterais ou traseiras), são as causas mais comuns dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, como se pode verificar na Tabela 2.9 e na Figura Tabela Tipo de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em Tipo de acidente Ocorrências % Atropelamento de peões 80 4,6 Colisão choque em cadeia 48 2,8 Colisão com fuga 13 0,8 Colisão com outras situações 46 2,7 Colisão com veículo ou obstáculo na faixa de rodagem 111 6,4 Colisão frontal ,9 Colisão lateral com outro veículo em movimento ,9 Colisão traseira com outro veículo em movimento ,0 Despiste com capotamento 101 5,8 Despiste com colisão com veículo imobilizado ou obstáculo 37 2,1 Despiste com dispositivo de retenção 6 0,3 Despiste com fuga 2 0,1 Despiste com transposição do dispositivo de retenção lateral 28 1,6 Despiste sem dispositivo de retenção 3 0,2 Despiste simples 82 4,7 Total

30 Figura Tipo de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, em As colisões frontal, lateral e traseira com outro veículo em movimento são as que provocam mais acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias. Ultrapassagens mal calculadas quer por parte do condutor do veículo pesado de mercadorias ou de outros veículos, má visibilidade em alguns cruzamentos e o facto de estes veículos não terem tanta capacidade de travagem como a maioria dos veículos ligeiros e de duas rodas são factores que contribuem para estes valores. Só destas três causas resultam 67.8% dos acidentes envolvendo este tipo de veículos. Relativamente às vítimas resultantes destes acidentes, pode-se observar na Figura 2.14 que tipos de acidentes provocam mais vítimas mortais, feridos graves e feridos ligeiros. 40% 37,1% 30% 20% 10% 11,3% 7,0% 2,6% 2,4% 3,3% 4,4% 5,6% 7,4% 6,6% 31,2% 16,0% 21,0% 25,6% 30,6% 8,9% 14,9% 22,6% 4,0% 3,3% 1,7% 9,7% 7,4% 15,4% 0% Atropelamento de peões Colisão choque em cadeia Colisão com veículo ou obstáculo na faixa de rodagem Colisão frontal Colisão lateral com outro veículo em movimento Colisão traseira com outro veículo em movimento Despiste com colisão com veículo imobilizado ou obstáculo Outros Vítimas mortais Feridos graves Feridos ligeiros Figura Vítimas segundo o tipo de acidente, envolvendo veículos pesados de mercadorias, em

31 Verifica-se então que os acidentes que mais ocorrem, também são os que mais contribuem para a existência de vítimas. Em termos de vítimas mortais, os atropelamentos de peões aparece em terceiro lugar, contribuindo com mais de 10% Acidentes por colisão lateral com outro veículo em movimento Dado que as colisões laterais com outro veículo em movimento são a principal causa de acidentes em Portugal, envolvendo veículos pesados de mercadorias, apresenta-se seguidamente a análise de todos os acidentes deste tipo ocorridos em No total, ocorreram 518 acidentes deste tipo. Dividindo o número de acidentes pelo número de habitantes de cada distrito, obteve-se a distribuição indicada na Figura ,8 11, ,4 5,7 3,8 5,4 5,4 5,7 4,7 4,8 5,1 3,5 2,4 4,1 3,5 6,8 4,5 6,1 0 Aveiro Beja Braga Bragança Castelo Branco Coimbra Évora Faro Guarda Figura Número de colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes do distrito, em Leiria O distrito de Santarém está novamente no topo, com quase 13 colisões laterais por cada habitantes. Seguem-se Leiria com 11, e Aveiro e Viana do Castelo com 7 cada. No que respeita à localização dos acidentes, neste caso, há uma grande proximidade entre o número de acidentes fora e dentro das localidades como se pode verificar na Figura Lisboa Portalegre Porto Santarém Setúbal Viana do Castelo Vila Real Viseu 70% 69,2% 60% 50% 51,5% 52,7% 48,5% 47,3% 40% 30% 30,8% 20% 10% 0% Fora das localidades Dentro das localidades Acidentes Vítimas mortais Feridos graves Figura Localização dos acidentes, das vítimas mortais e feridos graves dos veículos pesados de mercadorias em colisões laterais, em

32 E, embora a quantidade de feridos graves também seja idêntica fora e dentro das localidades, nas vítimas mortais isso já não se verifica, havendo muito mais fora das localidades (69.2 %) do que dentro (30.8%) Relativamente aos meses, tal como se pode verificar na Figura 2.17, é em Janeiro, Fevereiro, Julho, Agosto e Setembro que ocorrem mais colisões laterais. Os meses com menos incidência são Abril e Dezembro Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Figura Colisões laterais dos veículos pesados de mercadorias, por meses, em Para além das colisões laterais que ocorrem fora das intersecções, como seria de esperar os tipos de intersecção onde se verificam mais colisões laterais são os cruzamentos e entroncamentos, como se pode verificar na Figura Em cruzamento Em entroncamento Em passagem de nível Em ramo de ligação - entrada Em ramo de ligação - saída Em rotunda Em via de aceleração Em via de desaceleração Fora da intersecção Não definido Figura Colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em

33 Observa-se na Figura 2.19, a distribuição das colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias pelo tipo de via Auto Estrada IP IC Estrada Nacional Estrada Municipal Arruamentos Figura Colisões laterais envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em É nas Estradas Nacionais, seguidas dos arruamentos que mais ocorrem colisões laterais, tal como se verificou previamente para a totalidade dos acidentes com veículos pesados de mercadorias Acidentes por colisão traseira com outro veículo em movimento Dado que as colisões traseiras com outro veículo em movimento são a segunda maior causa de acidentes com veículos pesados de mercadorias em Portugal, apresenta-se também um conjunto de estatísticas para os acidentes desta natureza. O número total de acidentes por colisão traseira foi de 365, e desta vez foi no distrito de Leiria que o número de acidentes por cada habitantes foi maior, como se pode verificar na Figura ,0 9,5 8,0 6,0 4,0 2,0 3,8 3,2 2,7 2,0 2,4 5,9 4,1 4,0 2,3 3,0 0,8 2,9 6,5 3,5 3,2 2,7 3,8 0,0 Aveiro Beja Braga Bragança Castelo Branco Coimbra Évora Faro Guarda Leiria Lisboa Portalegre Porto Santarém Setúbal Viana do Castelo Vila Real Viseu Figura Número de colisões traseiras envolvendo veículos pesados de mercadorias, por cada habitantes do distrito, em

34 Contrariamente às colisões laterais (em que o número de acidentes fora e dentro das localidades era idêntico), neste caso ocorrem muito mais acidentes fora das localidades do que dentro, o que se reflecte nas vítimas mortais e nos feridos ligeiros que também apresentam uma maior percentagem de ocorrências, como se pode verificar na Figura % 80% 70% 66,3% 83,3% 78,1% 60% 50% 40% 33,7% 30% 20% 16,7% 21,9% 10% 0% Fora das localidades Dentro das localidades Acidentes Vítimas mortais Feridos graves Figura Localização das vítimas mortais e feridos graves dos veículos pesados de mercadorias em colisões traseiras, em O facto de os acidentes por colisão traseira com outro veículo em movimento ocorrerem mais vezes fora das localidades e provocarem muito mais vítimas e feridos, deve-se sem dúvida ao não cumprimento das distâncias mínimas de segurança por parte dos condutores. Os meses em que ocorreram mais colisões traseiras, foram Fevereiro, Setembro e Dezembro, como se pode verificar na Figura Destes, o único que é comum com os meses em que houve mais colisões laterais é Fevereiro. O facto de estes tipos de colisões ocorrerem mais neste mês pode ter a ver com as condições atmosféricas em Portugal na altura como nevoeiro (que reduz a visibilidade), chuva, neve e gelo (que reduzem a aderência) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Figura Colisões traseiras dos veículos pesados de mercadorias, por meses, em

35 Tal como nas colisões laterais, a maioria das colisões traseiras também ocorrem fora das intersecções, seguido dos cruzamentos como se pode verificar na Figura Em cruzamento Em entroncamento Em ramo de ligação - entrada Em ramo de ligação - saída Em rotunda Em via de aceleração Em via de desaceleração Fora da intersecção Não definido Figura Colisões traseiras envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em mercadorias. Observa-se na Figura 2.24, a distribuição das colisões traseiras envolvendo veículos pesados de Auto Estrada IP IC Estrada Nacional Estrada Municipal Arruamentos Figura Colisões traseiras envolvendo veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Relativamente ao tipo de via, é também nas Estradas Nacionais onde ocorrem mais colisões traseiras. No entanto, também é bastante significativo a quantidade de colisões deste tipo que ocorrem nas Auto Estradas (124). No entanto, juntando as Auto-Estradas com os Itinerários Principais e Circulares, esse novo grupo posiciona-se claramente à frente das Estradas Nacionais, representando practicamente metade do total de acidentes por colisão traseira. 21

36 2.4. Localização dos acidentes Tipo de via Outro aspecto também interessante de analisar é o tipo de via em que acontecem os acidentes de maior gravidade, ou seja, em que resultam vítimas mortais ou feridos graves. No total ocorreram 268 acidentes de onde resultaram 124 vítimas mortais e 215 feridos graves. A Tabela 2.10 e a Figura 2.25 apresentam a sua distribuição pelos diferentes tipos de via. Tabela Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Tipo de via Ocorrências % Auto Estrada IP 16 6 IC Estrada Nacional Estrada Municipal 10 4 Arruamentos TOTAL Auto Estrada 12% 44% IP 6% IC 13% 21% 4% Estrada Nacional Estrada Municipal Arruamentos Figura Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de via, em Relativamente ao número de vítimas mortais e feridos graves por tipo de via, verifica-se na Tabela 2.10 que é nas Estradas Nacionais que ocorre o maior número de vítimas mortais e feridos graves, com 117 ocorrências. De destacar ainda, o elevado número de vítimas mortais e feridos graves em arruamentos (aparece em segundo lugar com 57 ocorrências), dado que são zonas onde em princípio os veículos pesados de mercadorias circulam a baixas velocidades. 22

37 2.4.2 Tipo de intersecção Quanto ao tipo de intersecção onde ocorreram acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, 268 provocaram vítimas mortais e feridos graves. Desses 268 acidentes, 58.6% ocorreram fora das intersecções, conforme se pode verificar na Tabela 2.11 e na Figura Tabela Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em Tipo de intersecção Ocorrências % Em cruzamento Em entroncamento Em passagem de nível Em ramo de ligação entrada Em ramo de ligação saída Em rotunda Em via de aceleração Em via de desaceleração Fora da intersecção Não definido TOTAL % 60% 60,9% 58,9% 50% 40% 30% 20% 12,9% 14,4% 20,2% 17,7% 10% 3,2% 5,1% 4,8% 1,9% 0% Em cruzamento Em entroncamento Fora da intersecção Não definido Outros Vítimas mortais Feridos graves Figura Vítimas mortais e feridos graves em acidentes com veículos pesados de mercadorias, por tipo de intersecção, em É então fora das intersecções que resultam mais vítimas mortais e feridos graves. Seguidamente estão os entroncamentos, onde certamente ocorrem muitas das colisões laterais, que como se verificou na Figura 2.13 é o tipo de acidente com vítimas envolvendo veículos pesados de mercadorias que mais ocorre em Portugal. 23

38 2.5. Análise temporal dos acidentes Meses do ano A Figura 2.27 apresenta a distribuição dos acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, segundo os meses de % 10% 8% 8,2% 9,4% 7,2% 7,1% 7,2% 8,2% 9,2% 9,7% 9,6% 8,7% 7,1% 8,7% 6% 4% 2% 0% Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Figura Distribuição dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, segundo os meses de Pode-se ver na Figura 2.27 que a distribuição de acidentes se mantem relativamente equilibrada ao longo do ano. Nos meses de Fevereiro, Julho, Agosto e Setembro o número de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias foi maior. De Março até Agosto os valores tenderam sempre a aumentar, depois houve uma ligeira redução, e em Dezembro registou-se novamente um valor elevado de acidentes, provavelmente por causa da grande quantidade de veículos que circulam nas estradas por todo o país nessa altura devido às festas de Natal e Ano Novo. É curioso como alguns dos meses em que ocorrem menos acidentes são meses cujas condições climatéricas podem ser por vezes adversas (com chuva, nevoeiro, neve, gelo) como Março, Abril e Novembro Horas do dia Dos 108 acidentes envolvendo este tipo de veículos em que resultaram vítimas mortais, que aconteceram em Portugal em 2005, apresenta-se na Figura 2.28 a sua distribuição pelas horas do dia. 12% 11,1% 10% 8% 6% 4% 2% 6,5%6,5% 5,6% 5,6% 4,6% 4,6% 4,6% 4,6% 3,7% 3,7% 2,8% 1,9% 1,9% 0,9%0,9% 6,5% 5,6% 3,7% 3,7% 3,7% 2,8%2,8% 1,9% 0% 0:01-1:00 1:01-2:00 2:01-3:00 3:01-4:00 4:01-5:00 5:01-6:00 6:01-7:00 7:01-8:00 8:01-9:00 9:01-10:00 10:01-11:00 11:01-12:00 12:01-13:00 13:01-14:00 14:01-15:00 15:01-16:00 16:01-17:00 17:01-18:00 18:01-19:00 19:01-20:00 20:01-21:01 21:01-22:00 22:01-23:00 23:01-0:00 Figura Distribuição dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, segundo a hora do dia, em

39 Nota-se claramente um pico entre as 15 e as 16 horas, correspondendo essa hora a 11% dos acidentes com este tipo de veículos em que resultaram vítimas mortais, que se deve supostamente ao facto de a fadiga atingir o seu máximo por volta dessa hora. Nota-se também que entre as 23 e as 6 horas os valores são baixos, que se deve a haver menos veículos a circular na estrada nesse intervalo de tempo Comparação de acidentes entre o distrito de Santarém e o distrito de Lisboa Como se pôde observar na Figura 2.7, Santarém é o distrito com maior número de acidentes por cada habitantes do distrito. Interessa por isso tentar compreender porque razão Santarém apresenta tais resultados. Para tal efectuou-se uma comparação com o distrito de Lisboa, que não sendo o que tem menor número de acidentes por habitantes, é um dos mais baixos Localização dos acidentes Na Figura 2.29, é possível analisar a localização dos acidentes nos distritos de Santarém e Lisboa. 80% 70,3% 60% 51,8% 48,2% 40% 29,7% 20% 0% Fora das localidades Dentro das localidades Santarém Lisboa Figura Localização dos acidentes com veículos pesados de mercadorias nos distritos de Santarém e Lisboa, em Verifica-se que em Santarém a maioria dos acidentes com veículos pesados de mercadorias ocorre fora das localidades. Para tal contribuiem as várias Auto Estradas (A1, A23) e Estradas Nacionais (EN1, EN2) que atravessam o distrito de Santarém, e por onde circulam muitos veículos pesados de mercadorias. Já em Lisboa, os valores dos acidentes com este tipo de veículos são bastante equilibrados, diferindo por menos de 4% Localização das vítimas mortais e feridos graves Relativamente à localização dos acidentes com vítimas mortais e feridos graves em cada um dos distritos, de um total de 265 vítimas no distrito de Santarém, 5.7% são vítimas mortais fora das localidades, como se pode verificar na Figura

40 12% 10% 10,2% 8% 6% 4% 2% 5,7% 3,0% 1,9% 1,1% 6,0% 4,2% 4,1% 0% Fora das localidades Dentro das localidades Fora das localidades Dentro das localidades Mortos Feridos graves Santarém Lisboa Figura Acidentes de veículos pesados de mercadorias com vítimas mortais e feridos graves em Santarém e Lisboa, em Verifica-se também na Figura 2.30 que as percentagens de vítimas mortais e feridos graves são sempre maiores em Santarém do que em Lisboa, o que indicia que os acidentes que lá ocorrem são mais graves que os ocorridos em Lisboa Tipo de via Verifica-se na Figura 2.31, que mais de 80% dos acidentes no distrito de Santarém ocorrem nas Estradas Nacionais e nas Auto Estradas. Verifica-se também que no distrito de Santarém, contrariamente ao total de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias, os arruamentos estão em terceiro lugar e as Auto Estradas em segundo. 60% 56.9% 40% 33.8% 20% 24.3% 22.1% 15.4% 26.1% 13.3% 0% 0.6% 0.4% 0.6% Auto Estrada IP IC Estrada Nacional 4.4% 2.2% Estrada Municipal Arruamentos Santarém Lisboa Figura Acidentes com veículos pesados de mercadorias por tipo de via, nos distritos de Santarém e Lisboa, em Comparando com o distrito de Lisboa, a percentagem de acidentes em Auto Estradas é parecida, no entanto, neste distrito os acidentes estão mais distribuídos pelas restantes vias. Verificou-se, no distrito de Santarém, que as vias em que ocorreram mais acidentes foram a A1, a A23, a EN 118 e a EN3. 26

41 2.6.4 Natureza dos acidentes Quanto à natureza dos acidentes nos dois distritos em estudo, verifica-se na Figura 2.32, que os tipos de acidentes que mais ocorrem em ambos os distritos são as colisões frontais, laterais e traseiras tal como no total de acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias (visível na Figura 2.13). 40% 30% 32,6% 27,9% 23,9% 20% 10% 9,4% 7,0% 6,3% 3,3% 16,5% 14,4% 16,6% 8,3% 4,4% 5,0% 2,9% 10,5% 11,0% 0% Atropelamento de peões Colisão com veículo ou obstáculo na faixa de rodagem Colisão frontal Colisão lateral com outro veículo em movimento Santarém Colisão traseira com outro veículo em movimento Lisboa Despiste com capotamento Despiste simples Outros Figura Natureza dos acidentes com veículos pesados de mercadorias, nos distritos de Santarém e Lisboa, em As colisões laterais com outro veículo em movimento são a principal causa de acidentes em ambos os distritos, correspondendo em Santarém a 32.6% das ocorrências e em Lisboa a 27.9%. A segunda é, em ambos os distritos, as colisões traseiras com outro veículo em movimento, correspondendo em Santarém a 16.6% das ocorrências e em Lisboa a 23.9% Tipo de intersecção acidentes. Verifica-se na Figura 2.33 que em ambos os distritos é fora das intersecções que ocorrem a maioria dos 27

42 70% 66,3% 60% 50% 43,8% 40% 30% 20% 10% 8,3% 9,4% 5,9% 17,3% 9,9% 25,4% 6,1% 7,7% 0% Em cruzamento Em entroncamento Fora da intersecção Não definido Outros Santarém Lisboa Figura Acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias por tipo de intersecção, nos distritos de Santarém e Lisboa, em Em Santarém, aproximadamente dois terços dos acidentes ocorrem fora das intersecções. Seguidamente tem-se (para além daqueles que não estão definidos) os entroncamentos e depois os cruzamentos, seguindo a tendência do total de acidentes, como se pode verificar na Figura Meses em que ocorrem os acidentes Na Figura 2.34, apresenta-se a distribuição dos acidentes por meses, nos distritos de Santarém e Lisboa. 14% 12% 10% 8% 6% 4% 9,5% 7,7% 7,3% 6,6% 8,3% 8,0% 6,9% 6,9% 5,5% 3,9% 5,8% 11,0% 10,2% 10,5% 9,4% 12,7% 11,7% 11,7% 9,9% 8,8% 8,8% 7,7% 6,6% 4,4% 2% 0% Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Santarém Lisboa Figura Acidentes envolvendo veículos pesados de mercadorias por meses, nos distritos de Santarém e Lisboa, em Verifica-se que entre os que têm maior percentagem em ambos os distritos estão Julho e Agosto. Para além destes, Junho e Dezembro são meses com bastantes acidentes em Santarém, enquanto que em Lisboa ocorrem mais em Fevereiro e Outubro. 28

43 2.7. Despistes simples Devido a os condutores de veículos pesados de mercadorias terem que percorrer por vezes milhares de quilómetros para entregar mercadorias dentro de prazos definidos, circulam muitas vezes à noite para tentar chegar mais rapidamente ao seu destino. Acontece no entanto, que ao circular segundo esses horários encontramse por vezes sob efeito de fadiga e cansaço, podendo adormecer enquanto guiam. Por essa razão é importante estudar em que situações ocorrem os despistes simples, que são por definição acidentes em que o veículo pesado de mercadorias saiu da estrada sozinho (sem nenhuma intervenção externa) quer por estar a circular demasiado depressa ou por o seu condutor ter adormecido, por exemplo. 14% 12% 10% 12,2% 11,0% 8% 7,3% 7,3% 6% 4,9% 6,1% 4,9% 6,1% 4,9% 4,9% 4% 3,7% 2,4% 2,4% 3,7% 2,4% 3,7% 3,7% 2,4% 2% 1,2%1,2% 1,2% 1,2% 1,2% 0% 0,0% 0:01-1:00 1:01-2:00 2:01-3:00 3:01-4:00 4:01-5:00 5:01-6:00 6:01-7:00 7:01-8:00 8:01-9:00 9:01-10:00 10:01-11:00 11:01-12:00 12:01-13:00 13:01-14:00 14:01-15:00 15:01-16:00 16:01-17:00 17:01-18:00 18:01-19:00 19:01-20:00 20:01-21:01 21:01-22:00 22:01-23:00 23:01-0:00 Figura Distribuição dos acidentes por despiste simples com veículos pesados de mercadorias, segundo a hora do dia, em Verifica-se pela Figura 2.35 que a maioria dos acidentes por despiste simples ocorre não durante a noite, mas entre as 12 e as 18 horas. Curiosamente, não ocorreu nenhum acidente por despiste simples em 2005 entre as 23 horas e a meia-noite, e alguns dos registos de menos ocorrências são entre a 1 e as 6 horas. Relativamente às zonas da estrada onde acontece a maioria dos despistes simples, o resultado está apresentado na Figura % 49% Curva Recta Não definido 1% Figura Zonas da estrada onde ocorreram despistes simples de veículos pesados de mercadorias, em Verifica-se pela Figura 2.36 que ocorrem quase tantos despistes simples em rectas como em curvas. 29

44 30

45 3 Reconstituição de acidentes reais com veículos de mercadorias Neste capítulo são realizadas reconstituições de acidentes reais envolvendo veículos de mercadorias, recorrendo a simulações computacionais com vista a identificar factores que contribuem para acidentes com estes veículos 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. Essa análise é feita, através de ajustes, dentro dos limites aceitáveis de alguns parâmetros físicos, que caracterizam a própria colisão e as condições dinâmicas que condicionam os movimentos pré e pós colisão. É possível utilizar dois tipos de modelos nestas análises: modelo dos veículos sem ocupantes, de forma a utilizar algoritmos de optimização e explorar todos os possíveis cenários do acidente (nomeadamente velocidades e direcções pré-impacto dos veículos); ou modelos de corpos múltiplos tridimensionais mais complexos, que incluem modelos biomecânicos tridimensionais do corpo humano e de veículos de duas rodas. O programa utilizado foi o PC-Crash [18] que efectua ajustes automaticamente com recurso a um algoritmo genérico de optimização que parte das posições finais dos veículos e optimiza as trajectórias iniciais com um erro que se encontra dentro de um limite predefinido Construção do cenário do acidente A reconstituição dos acidentes inicia-se com a construção do cenário aproximado onde ocorreu o acidente. No cenário inserem-se a via, bermas, obstáculos, passeios, marcações horizontais, etc., de modo a recriar da melhor maneira possível as condições reais. Figura 3.1 Exemplo de um cenário tridimensional com veículos. 31

46 Na Figura 3.1 observa-se um exemplo de um cenário de um acidente que ocorreu numa auto-estrada onde se utilizaram modelos de veículos sem ocupantes. Note-se que foram inseridas todas as linhas delimitadoras das vias e das bermas e o separador central, e medidas correspondentes aos rastos de travagem e distâncias finais dos veículos em relação ao ponto de impacto Modelos dos veículos Os modelos dos veículos, apesar de não incluírem os modelos dos ocupantes são muito utilizados para optimizar as trajectórias e velocidades iniciais, permitindo uma estimativa das condições iniciais com um erro aceitável. O valor do erro permitido é definido pelo utilizador do programa, utilizando-se habitualmente como referência o valor de 10%. Figura 3.2 Processo de optimização do PC-Crash, [18]. Após a refinação das condições e a optimização dos resultados pelo programa, é possível consultar as velocidades iniciais, velocidades pré-impacto, obter energias cinéticas dos veículos, energias dissipadas pelos veículos no momento do impacto, verificar trajectórias, etc. Estes modelos são também vantajosos em termos computacionais, pois não exigem um nível de processamento de cálculo tão elevado como os modelos de corpos múltiplos. Por esta razão as simulações são efectuadas num espaço de tempo inferior, sendo possível ajustar os vários parâmetros de modo a atingir o valor do erro pretendido. Após atingir os resultados especificados é possível verificar a dinâmica do acidente num cenário 3D. Na Figura 3.3, pode-se observar a sequência de imagens que descrevem o acidente. Nela observam-se as trajectórias dos veículos e as suas posições finais. 32

47 Figura Sequência de imagens de um acidente com veículos sem ocupantes. Esta sequência de imagens resulta de um vídeo produzido pelo programa PC-Crash, que facilita a compreensão do acidente, sendo possível verificar se a optimização das trajectórias e velocidades não têm nenhuma inconsistência em relação ao que supostamente aconteceu no acidente Exemplos de acidentes reais Nesta secção serão apresentadas quatro reconstituições de acidentes envolvendo veículos de mercadorias (dois de veículos pesados e dois de veículos ligeiros), que ocorreram entre 2000 e 2005, em Portugal. Para a compreensão do modo como se deu o acidente, e tendo em conta que os testemunhos nem sempre são correctos, procedeu-se à reconstituição dos acidentes. As reconstituições foram efectuadas com o programa PC-Crash, recriando a dinâmica do acidente e descobrindo trajectórias e velocidades iniciais. Os resultados obtidos através das reconstituições permitiram fornecer dados importantes para a recolha de dados, nomeadamente, o cálculo das velocidades antes do embate, que constituem um factor muito importante para a determinação das responsabilidades dos acidentes. Estes casos têm como objectivo principal evidenciar não só a gravidade dos acidentes envolvendo veículos de mercadorias que não estejam devidamente equipados com sistemas de absorção de energia, como também a relevância das reconstituições no combate à sinistralidade rodoviária. Através da análise detalhada de cada caso, é possível verificar de quem é a responsabilidade do acidente, e determinar as causas principais do acidente permitindo que sejam tomadas medidas para que tal não se volte a repetir, ou para minimizar os danos causados no acidente 33

48 Acidentologia e desenvolvimento de estruturas de absorção de energia para veículos pesados Colisão entre dois veículos pesados de mercadorias O acidente ocorreu na recta logo após a curva, ambas visíveis na Figura 3.4. Os vestígios existentes no local foram as marcas de travagem deixadas pelo Veículo 1 no pavimento como se vê na Figura 3.5. As fotografias tiradas aos veículos após o acidente permitiram saber como se deu a colisão. Segundo a descrição do acidente feita pelo condutor do Veículo 1, este descrevia a curva quando deparou com o Veículo 3 parado na berma e invadindo parte da su hemi-faixa. Ao travar, foi embatido na parte lateral esquerda traseira pelo Veículo 2 tendo este perdido o controlo e despistado-se. Não foi possível obter declarações do condutor do Veículo 2 devido ao seu falecimento após o acidente. Condições climatéricas Álcool Danos corporais Dia e piso seco. Nenhum dos condutores apresentava teor de álcool no sangue. Falecimento do condutor do Veículo 2. a) sentido de circulação dos Veículos 1 e 3 b) sentido de circulação do Veículo 2 Figura 3.4 Local do acidente. Figura 3.5 Rastos de travagem deixados no pavimento pelo Veículo 1. 34

49 Acidentologia e desenvolvimento de estruturas de absorção de energia para veículos pesados a) b) Figura Perspectivas frontais da deformação do Veículo 2, com pormenor a assinalar a zona deformada devido ao impacto entre os dois veículos pesados de mercadorias. Figura 3.7 Perspectiva da cabina do Veículo 2. Figura 3.8 Posição final do Veículo 2. Observando as deformações do Veículo 2, visíveis da Figura 3.6 à Figura 3.8, verifica-se que o Veículo 1 colidiu exactamente no seu canto frontal esquerdo. Nota-se bem na Figura 3.7 o abatimento da cabina, que é devido a ter capotado ao descer a ravina. Os modelos reais e usados na simulação dos veículos envolvidos no acidente, estão representados na Figura 3.9. a) modelo real do Veículo 1 b) modelo do Veículo 1 usado na simulação 35

50 c) modelo real do Veículo 2 d) modelo do Veículo 2 usado na simulação e) modelo real do Veículo 3 f) modelo do Veículo 3 usado na simulação Figura 3.9 Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações. O coeficiente de atrito para pneu/asfalto nas condições de piso de asfalto novo e seco é de 0.7. Foram consideradas massas de 80 kg para cada um dos condutores dos veículos, e uma massa de kg para a mercadoria do Veículo 2. A consideração de massas totais mais rigorosas tanto para os ocupantes como para a mercadoria dos veículos na simulação, não afecta os resultados da mesma. O resultado obtido na simulação é visível na Figura t = 0s condições iniciais t = 0.77s o veículo 1 começa a descrever a curva 36

51 t = 3.9s o Veículo 1 trava a fundo, ao ver o Veículo 3 parado na berma t = 5.34s o Veículo 1 começa a sair de traseira devido ao bloqueamento das rodas traseiras t = 6.3s impacto entre os Veículos 1 e 2 t = 8.49s o Veículo 2 começa a deslizar pela ravina devido à quebra da coluna de direcção t = 9.87s - o Veículo 2 embate com a parte superior direita no solo t = 10.59s o Veículo 2 começa a capotar 37

52 t = 14s veículos nas posições finais Figura 3.10 Fotograma do acidente. As velocidades determinadas para os veículos foram: Circulação: Impacto: Veículo 1: km/h Veículo 1: km/h Veículo 2: km/h Veículo 2: km/h Embora a principal causa da ocorrência do acidente possa ter sido de factor humano (velocidade excessiva e má decisão do condutor do Veículo 1), teria sido possível evitá-lo ou pelo menos minorar as suas consequências trágicas, se o Veículo 1 possuísse sistema de ABS de modo a não bloquear as rodas numa travagem mais forte (razão que fez com que a sua traseira saísse da trajectória), tendo nesse caso seguido em frente quando travou não colidindo com o Veículo 2. Também se o Veículo 2 possuísse cintos de segurança (é visível a sua ausência na Figura 3.7) talvez o seu condutor não tivesse sofrido tantas lesões no capotamento que vieram a ser a principal causa do seu falecimento. 38

53 3.2.2 Colisão de um veículo ligeiro de passageiros na traseira de um semi-reboque Este acidente ocorreu numa recta com inclinação ascendente, como se pode ver na Figura 3.11.Os vestígios existentes no local, foram rastos de trvagem com um comprimento de 23m, deixados pelo Veículo 2. Foi possível perceber como se deu a colisão entre os veículos pelas fotografias tiradas após o acidente. Segundo a descrição do condutor do Veículo 1, este circulava na via da direita da Auto-Estrada quando ouviu um estrondo na traseira do reboque após o qual voltou a parar. Tendo em conta que o acidente se deu de noite, que o Veículo 2 era um veículo de 9 lugares que circulava cheio e que entre as vítimas se encontravam todos os ocupantes dos lugares da frente (únicos com boa visibilidade para a frente), os depoimentos dos outros ocupantes constaram basicamente nas reacções desses ocupantes que alertaram o condutor para a presença do Veículo 1 na via. Condições climatéricas Noite e piso seco. Álcool Nenhum dos condutores apresentava teor de álcool no sangue. Danos corporais Falecimento do condutor e de três (dos oito) passageiros do Veículo 2. a) sentido de circulação dos veículos b) sentido contrário ao da circulação dos veículos Figura 3.11 Local do acidente. a) b) Figura 3.12 Perspectiva da traseira do semi-reboque. 39

54 Acidentologia e desenvolvimento de estruturas de absorção de energia para veículos pesados Figura 3.13 Pormenor do rasgo no pneu traseiro esquerdo. Figura 3.14 Pormenor do dano no apoio da suspensão traseira esquerda. Figura 3.15 Perspectivas frontais do Veículo 2. Figura 3.16 Perspectivas laterais esquerda e direita do Veículo 2, respectivamente. Por comparação das fotografias, percebe-se que o Veículo 2 bateu com a frente toda (mas mais do lado esquerdo, por esse lado estar mais danificado que o lado direito) na parte esquerda da traseira do semi-reboque. Prova-se que o embate foi nesse lado do semi-reboque pela danos existentes no semi-reboque. 40 Figura 3.13 e pela Figura 3.14 que exibem os

55 Figura Os modelos reais e usados na simulação dos veículos envolvidos no acidente, estão representados na a) modelo real do Veículo 1 b) modelo do Veículo 1 usado na simulação a) modelo real do Veículo 2 b) modelo do Veículo 2 usado na simulação Figura Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações. O coeficiente de atrito para pneu/asfalto nas condições de piso de asfalto novo e seco com inclinação ascendente de 2% é de 0.7. Considerou-se uma massa de 80 kg para o condutor do Veículo 1, e uma massa de kg para o seu semi-reboque pois assumiu-se que este circulava na sua capacidade máxima de carga. Relativamente ao Veículo 2, foram consideradas massas de 60 e 80 kg para cada ocupante feminino e masculino respectivamente, e 20 kg de mercadoria para cada um deles. A consideração de massas totais mais rigorosas tanto para os ocupantes como para a mercadoria dos veículos na simulação, não afecta os resultados da mesma. 41

56 O resultado obtido na simulação é visível na Figura t = 0s condições iniciais t = 2.0 s o Veículo 1 já iniciou a manobra de saída da berma para a via da direita t = 3.5 s o condutor do Veículo 2 apercebe-se da Volvo a entrar na via da direita da auto-estrada t = 4.96 s devido à travagem, o Veículo 2 bloqueia as rodas frontais t = 5.92 s impacto entre os dois veículos t = s o Veículo 2 tende a ir para a sua esquerda após o impacto 42

57 t = s veículos nas posições finais Figura Fotograma do acidente. As velocidades determinadas para os veículos foram: Circulação: Impacto: Veículo 1: km/h Veículo 1: km/h Veículo 2: km/h Veículo 2: km/h A principal causa da ocorrência deste acidente pode ter sido o facto de o condutor do Veículo 1 não ter efectuado correctamente a manobra de entrada na auto-estrada. No entanto, as graves consequências que resultaram deste acidente (4 vítimas mortais) poderiam talvez não ter acontecido se o semi-reboque estivesse devidamente equipado com um sistema de absorção de energia (que absorve parte da energia gerada no impacto) não sendo portanto tanta da energia gerada absorvida pelo Veículo 2 e seus ocupantes. 43

58 3.2.3 Colisão de um veículo ligeiro de mercadorias com um motociclo O acidente ocorreu num arruamento junto à entrada/saída de uma rotunda. Os vestígios existentes no local foram rastos de travagem deixados no local pelo veículo 2, e uma poça de sangue (assinalado por uma circunferência) no local onde ficou deitado o condutor do Veículo 1 após o acidente, como se pode ver na Figura Determinar como se deu a colisão entre os veículos foi complicado dado que o Veículo 2 não apresentava deformações visíveis (isto porque o Veículo 1 foi a escorregar pela via após a travagem, tendo o Veículo 2 passado-lhe por cima). Segundo a descrição do condutor do Veículo 2, o Veículo 1 já vinha em despiste, arrastando-se pelo pavimento, tendo o condutor do Veículo 2 ainda ter tentado desviar-se e travar mas não conseguindo evitar a colisão. Não foi possível obter um depoimento do condutor do Veículo 1 devido ao seu falecimento apóso acidente. Condições climatéricas Dia e piso seco. Álcool O condutor do veículo 2 apresentava um teor de álcool no sangue de 0.69 g/l. Danos corporais Falecimento do condutor do Veículo 1. a) sentido de circulação do Veículo 1 b) sentido de circulação do Veículo 2 Figura Local do acidente. Figura Rastos de travagem deixados no pavimento pelo Veículo 2. 44

59 a) perspeciva frontal b) perspectiva esquerda Figura Perspectivas do Veículo 1. O Veículo 2 passou por cima do lado esquerdo do Veículo 1, razão pela qual este está tão danificado desse lado, como se pode ver na Figura Os modelos reais e usados na simulação dos veículos envolvidos no acidente, estão representados na Figura a) modelo real do Veículo 1 b) modelo do Veículo 1 usado na simulação a) modelo real do Veículo 2 b) modelo do Veículo 2 usado na simulação Figura Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações. O coeficiente de atrito para pneu/asfalto nas condições de piso de asfalto novo e seco é de

60 Foram consideradas massas de 53 kg e de 80 kg para os condutores dos Veículos 1 e 2, respectivamente. Não foram consideradas massas adicionais nem para restantes ocupantes nem para mercadoria. A consideração de massas totais mais rigorosas tanto para os ocupantes como para a mercadoria dos veículos na simulação, não afecta os resultados da mesma. O resultado obtido na simulação é visível na Figura t = 0s condições iniciais t = 0.2 s o Veículo 1 avista o Veículo 2 t = 0.9 s o Veículo 1 trava a fundo t = 1.3 s o Veículo 2 começa a tombar; o Veículo 2 começa a chegar-se à sua direita e trava a fundo t = 1.6 s o Veículo 1 desliza pela estrada; o Veículo 2 deixa rastos de travagem no pavimento t = 2.5 s impacto entre os veículos 46

61 t = 2.7 s - o Veículo 2 passa com as rodas dianteiras por cima do Veículo 1 t = 3.0 s o Veículo 1 é arrastado por baixo do Veículo 2 até este se imobilizar t = 3.8 s veículos nas posições finais Figura Fotograma do acidente. As velocidades determinadas para os veículos foram: Circulação: Impacto: Veículo 1: km/h Veículo 1: 3-9 km/h Veículo 2: km/h Veículo 2: km/h Este acidente pode ter ocorrido devido ao facto de o condutor do Veículo 2 circular demasiado depressa dentro de uma localidade, e sob influência do álcool. Obviamente que o facto de o condutor do Veículo 1 ser bastante novo (16 anos) e não ter experiência a conduzir motociclos (não tinha carta nem licença de condução) também contribuíram para a sua ocorrência. Este acidente é um exemplo de como os motociclistas se encontram expostos em relação aos outros veículos em caso de acidente. Neste caso, se existisse algum tipo de estrutura que prevenisse os motociclistas de se enfiarem debaixo de veículos com uma grande altura ao solo, poderia não ter havido uma vítima mortal. 47

62 Acidentologia e desenvolvimento de estruturas de absorção de energia para veículos pesados Colisão de um veículo ligeiro de passageiros com um veículo ligeiro de mercadorias e com um ciclomotor O acidente deu-se numa recta como se pode ver na Figura O modo como se deram as colisões pode ser identificado pelas fotografias tiradas aos veículos após o acidente. No entanto, o modo como se processou o acidente foi mais complicado de perceber devido às contrariedades entre os depoimentos dos condutores dos Veículos 1 e 2 e das várias testemunhas oculares presentes no local. Segundo a descrição do condutor do Veículo 1, ele encontrava-se parado na saída da garagem quando sentiu uma oscilação vinda da traseira do seu veículo. Ao sentir isso virou-se para o seu lado esquerdo onde viu o Veículo 2 a colidir com o Veículo 3. Já o condutor do Veículo 2 descreveu que ao circular na via foi embatido no seu lado direito pelo Veículo 1 que efectuava uma manobra de marcha-atrás para sair de uma garagem, e que com o embate foi empurrado para a via de sentido contrário indo colidir com o Veículo 3. Condições climatéricas Dia e piso seco. Álcool Nenhum dos condutores apresentava teor de álcool no sangue. Danos corporais Falecimento do condutor e ferimentos graves do passageiro do Veículo 3. a) sentido de circulação do Veículo 2 b) sentido de circulação do Veículo 3 Figura Local do acidente, com pormenor a assinalar a saída de garagem onde se encontrava o Veículo 1. a) b) Figura 3.25 Perspectiva da traseira do Veículo 1. 48

63 Acidentologia e desenvolvimento de estruturas de absorção de energia para veículos pesados Figura 3.26 Pormenor do rasgo lateral devido à colisão com o Veículo 1. Figura 3.28 Pormenor do local onde o condutor Figura 3.27 Pormenor do local de impacto com o Veículo 3. Figura 3.29 Perspectiva geral do Veículo3. do Veículo 3 bateu quando foi projectado. Os modelos reais e usados na simulação dos veículos envolvidos no acidente, estão representados na Figura a) modelo real do Veículo 1 b) modelo do Veículo 1 usado na simulação 49

64 a) modelo real do Veículo 2 b) modelo do Veículo 2 usado na simulação a) modelo real do Veículo 3 b) modelo do Veículo 3 usado na simulação Figura Modelos reais dos veículos e modelos usados nas simulações. O coeficiente de atrito para pneu/asfalto nas condições de piso de asfalto polido, regular e seco é de 0.6. Foram consideradas massas para o condutor do Veículo 1 e para a sua filha (que estava ao seu lado) de 80 e 50 kg respectivamente, massas para o condutor do Veículo 2 e para os seus netos de 80 e 35 (cada um) kg respectivamente, e para o condutor do Veículo 3 e sua irmã (passageira) de 50 e 40 kg respectivamente. A consideração de massas mais rigorosas para os ocupantes dos veículos, não afecta os resultados da simulação. O resultado obtido na simulação é visível na Figura t = 0s condições iniciais t = 1.33 s instante da colisão primária (entre o Veículo 1 e o Veículo 2) 50

65 t = 1.63 s o condutor do Veículo 2 assusta-se e chega o seu veículo à esquerda t = 2.5 s o condutor do Veículo 2 apercebe-se do Veículo 3 e começa a travar t = 2.67 s o Veículo 2, ao travar, inicia o bloqueamento das rodas frontais t = 3.42 s instante da colisão secundária (entre o Veículo 2 e o Veículo 3) t = 6.46 s veículos nas posições finais Figura 3.31 Fotograma do acidente. 51

66 As velocidades determinadas para os veículos foram: Circulação: Colisão primária: Colisão secundária: Veículo 1: 0 km/h Veículo 1: 0 km/h Veículo 1: 0 km/h Veículo 2: km/h Veículo 2: km/h Veículo 2: km/h Veículo 3: km/h Veículo 3: km/h Veículo 3: km/h Este acidente deveu-se parcialmente a causas naturais. O facto de o condutor do Veículo 2 estar encadeado pelo sol não lhe permitiu ter uma percepção clara da estrada em que seguia nem da posição do Veículo 1. No entanto, a decisão de se encostar à esquerda após a colisão primária foi errada pois veio contribuir para que o Veículo 3 que seguia correctamente no seu sentido e a velocidades praticáveis ao local se visse envolvido no acidente tendo como consequência o falecimento do condutor e ferimentos graves na passageira. Novamente se verifica a fragilidade e a exposição a que estão sujeitos os ocupantes deste tipo de veículos em relação aos dos outros veículos durante colisões. 52

67 4 Estruturas de absorção de energia Neste capítulo aborda-se um dos grandes problemas de acidentes entre veículos pesados de mercadorias e veículos de menores dimensões que é o underride. São apresentadas estruturas existentes para evitar este problema, e estudos efectuados para tentar melhorá-las Situação actual Actualmente, os acidentes que envolvem veículos pesados de mercadorias ou (semi-)reboques são muito graves, principalmente se envolverem veículos de menores dimensões, que são a larga maioria dos veículos que circulam nas estradas por todo o mundo (como veículos de duas rodas, e ligeiros familiares ou citadinos). A principal causa da gravidade dos acidentes entre estes veículos e veículos ligeiros, é que estes são projectados para se deformarem aquando de um impacto de modo a que a energia gerada pela colisão entre veículos seja absorvida pelo veículo (deformando este de um modo controlado) e não seja transmitida aos seus ocupantes. É a própria estrutura do veículo que ao ser projectada correctamente consegue dissipar o máximo de energia, deformando apenas o suficiente para que os ocupantes não sejam afectados. Já os veículos pesados de mercadorias, dado que têm que transportar mercadorias que chegam por vezes a atingir dezenas de toneladas, a principal preocupação no seu projecto é que ele suporte essas cargas. Daí a sua estrutura de suporte (chassis) ser bastante rígida para que quando solicitada não chegue a apresentar deformações que acabariam por diminuir a resistência estrutural do veículo. No entanto, tendo em conta os locais por onde esses veículos circulam (locais de obras e construções, pedreiras, etc.) convém que o chassis esteja a uma elevada altura em relação ao solo e que não haja nada em seu redor, de modo a não bater no solo. O problema é que assim, o chassis fica a alturas que nos veículos ligeiros correspondem ao capô, aos pilares do tejadilho e aos vidros (e consequentemente às cabeças dos ocupantes), de maneira que quando estes veículos colidem com os veículos pesados de mercadorias, eles batem directamente com zonas frágeis (como os pilares do tejadilho) nas zonas mais rígidas destes veículos, acontecendo o fenómeno conhecido como underride (que pode ser traseiro ou lateral), que está representado na Figura 4.1 e na Figura 4.2, respectivamente. a) b) Figura Underride traseiro. 53

68 4.2. O fenómeno do underride a) b) Figura Underride lateral. O underride é o fenómeno segundo o qual um veículo ligeiro colide num veículo pesado de mercadorias que não está equipado com protecções eficazes (pára-choques ou outras estruturas) e escorrega para debaixo da traseira ou da lateral deste, através do chamado efeito de cunha (Figura 4.3). O topo do veículo penetrante é esmagado ou arrancado, pelo chamado efeito de guilhotina (Figura 4.4) e os seus ocupantes podem sofrer traumatismos cranianos graves ou mesmo serem decepados. Protecções traseiras nos veículos pesados de mercadorias e (semi-)reboques, foram considerados elementos necessários em 1953, mas tais dispositivos são muitas vezes defeituosos, sendo colocados demasiado alto, ou demasiado estreitos em relação à traseira destes veículos, ou demasiado frágeis para prevenir o risco de underride. Figura Esquema do efeito de cunha, [8]. 54

69 Figura Esquema do efeito de guilhotina, [8]. No caso de colisão entre um veículo pesado de mercadorias e um veículo de duas rodas, o condutor deste poucas hipóteses tem pelo facto de estar completamente exposto. No entanto, o que acontece maioritariamente entre estes dois veículos não é uma colisão frontal, mas um underride lateral em que o condutor do veículo de duas rodas se despista, e vai a deslizar para baixo do veículo pesado de mercadorias ou (semi-)reboque devido à ausência de protecções laterais, acabando por ser esmagado pelas rodas. Os casos de underride lateral com veículos ligeiros acontecem maioritariamente à noite, quando o veículo pesado de mercadorias está a efectuar uma manobra de inversão de marcha ou a atravessar um entroncamento/cruzamento, e o condutor do veículo ligeiro que se dirige na sua direcção tem momentaneamente uma diminuição da percepção visual devido aos faróis do camião, não se apercebendo da presença do (semi-)reboque (que muitas vezes não tem qualquer tipo de iluminação lateral) até ser demasiado tarde para evitar o underride lateral. Esta situação está bem esquematizada na Figura 4.5. a) b) Figura Sequências habituais do underride lateral, [7], [19]. 55

70 4.3. Soluções adoptadas por alguns construtores de veículos pesados de mercadorias Por estes tipos de acidentes serem comuns e tão graves, é muito importante projectar estruturas de absorção de energia que se possam colocar em torno dos veículos pesados de mercadorias e (semi-)reboques, de modo a reduzir a gravidade das colisões destes veículos com veículos ligeiros ou de duas rodas. Algumas marcas construtoras de veículos pesados de mercadorias (como a VOLVO e a RENAULT) ou de semi-reboques (BENALU) têm uma maior preocupação em relação à segurança e têm efectuado alguns estudos de modo a tentar reduzir a gravidade das colisões entre este tipo de veículos e outros veículos. Figura Testes da RENAULT de uma colisão frontal entre um Premium (tractor) e um Mégane (ligeiro). Figura Protecções concebidas pela VOLVO, para evitar o underride lateral. 56

71 Figura Pára-choques concebido pela BENALU, para instalar na traseira de semi-reboques Estudos e soluções recentes Para além de marcas construtoras de veículos pesados de mercadorias ou (semi-)reboques, outras empresas particulares ou que trabalham para o governo de países como os Estados Unidos, o Brasil ou o Canadá dedicam-se a estudar as consequências de colisões com veículos pesados de mercadorias e possíveis soluções para minimizar os danos que daí advêm. Existem já várias soluções, algumas mais eficazes, ou mais originais que outras, algumas até patenteadas que esperemos venham futuramente a ser parte de todos os veículos pesados de mercadorias para uma circulação rodoviária mais segura. a) 57

72 Acidentologia e desenvolvimento de estruturas de absorção de energia para veículos pesados b) c) Figura Testes com protecções traseiras para evitar o underride, efectuadas no Brasil, [8]. 58

73 a) situação sem protecções traseiras b) com protecções para evitar o underride traseiro Figura Testes com protecções traseiras para evitar o underride, efectuadas no Canadá, [20]. Verifica-se na Figura 4.9 e na Figura 4.10, que nos casos em que se usam protecções traseiras eficazes, não só não existe underride, como apenas a parte frontal do veículo se deforma ficando o habitáculo dos ocupantes intacto. Para além destas simples, mas eficazes, protecções traseiras existem já atenuadores de impacto de grande porte (do tipo dos que existem nas saídas das auto estradas) que podem também ser montados na traseira dos veículos pesados de mercadorias ou atrelados por estes. Alguns exemplos estão demonstrados na Figura

74 a) atenuador atrelado b) atenuador montado na traseira Figura TMA (Truck Mounted Attenuators), [21] Normas sobre protecções traseiras Dada a importância destas estruturas para a segurança rodoviária, elas devem ser construídas com algum rigôr. Aliás, um dos perigos é elas não serem eficazes podendo ser prejudiciais para quem colida nelas, como se pode ver pela Figura Figura Efeitos de uma protecção traseira com demasiada altura ao solo. 60

75 Neste caso, a protecção traseira tinha demasiada altura ao solo e não conseguiu evitar que o veículo escorregasse para debaixo dela através do efeito de cunha, danificando-o bastante não só no capô como no habitáculo dos ocupantes. Assim, todos os avanços feitos na área das estruturas de absorção de energia têm que respeitar normas de dimensões, integridade estrutural e resistência a um determinado carregamento. Nos Estados Unidos existem duas normas para a construção de estruturas de absorção de energia, a FMVSS223 e a FMVSS224, e na Europa a norma é a E.C.E. R58. Norma FMVSS223: A norma FMVSS223 define as dimensões que as protecções devem ter, e os carregamentos estáticos que elas devem suportar em determinadas zonas, como se pode ver pela Figura Figura Dimensões e carregamentos definidos pela norma FMVSS223, [22]. 61

76 Norma FMVSS224: A norma FMVSS224 define as distâncias que as protecções traseiras devem ter em relação às extremidades laterais da traseira, e em relação à traseira dos veículos pesados de mercadorias ou dos (semi-)reboques, e a distância máxima que podem ter em relação ao solo como se pode ver pela Figura Figura Distâncias definidas pela norma FMVSS224, [22]. 62

77 Norma E.C.E. R58: Na Europa existe apenas uma norma para a concepção de protecções traseiras, que é a E.C.E. R58. Nela são definidas as dimensões da protecção em si, e em relação às extremidades laterais do eixo traseiro do veículo pesado de mercadorias ou (semi-)reboque e ao solo. É também definido o carregamento estático que a protecção deve suportar, como se pode ver na Figura Figura Dimensões, distâncias e carregamentos definidos pela norma E.C.E. R58, [23]. 63

78 4.6. Testes sugeridos pela Universidade Estadual de Campinas Embora já existam normas actualmente, para a concepção de protecções traseiras, a opinião de peritos na área é que elas não são suficientemente rigorosas e que certos valores, como a distância da protecção à traseira do veículo pesado de mercadorias ou (semi-)reboque, a altura da protecção ao solo e os valores de carga estática que ela deve ser capaz de suportar, devem ser alterados de modo tornar estas estruturas ainda mais seguras. O estudo efectuado pela Faculdade de Engenharia Mecânica do Brasil, [8], propõe as seguintes alterações: Figura Parâmetros da norma a ser implementada, [8]. 64

79 5 Desenvolvimento de estruturas de absorção de energia com modelos de elementos finitos Neste capítulo procede-se à modelação das estruturas de absorção de energia e dos veículos necessários para as simulações de impacto. As simulações vão permitir compreender e comparar como se comportam os diferentes tipos de estruturas de absorção de energia Modelação de corpos tridimensionais De modo a analisar as estruturas de absorção de energia no ANSYS, modelaram-se vários corpos no programa de CAD 3D SolidWorks como: um veículo ligeiro, um semi-reboque e estruturas de absorção de energia laterais e traseiras a aplicar no semi-reboque, que posteriormente foram exportadas para o ANSYS usando o formato neutro Parasolid. Devido ao esforço computacional que requerem simulações deste tipo, simplificaram-se as estruturas de modo a reduzir substancialmente o tempo de obtenção dos resultados, mas sem que essas alterações influenciassem os mesmos. Apesar das simplificações introduzidas, o software ANSYS LS-Dyna leva ainda bastante tempo para completar as simulações pretendidas, principalmente quando se usam estruturas flexíveis. Pode-se observar na Figura 5.1 o modelo do veículo ligeiro utilizado, que foi inspirado nos veículos usados para efectuar os testes de colisões laterais no EuroNCAP e no USNCAP. O veículo é constituído por duas zonas, a estrutura traseira que é rígida e a zona frontal que é deformável. Tendo em conta que a massa do veículo deve rondar os 950 kg, [24], modelou-se a estrutura rígida em aço de modo a que pesasse aproximadamente 900 kg. Na realidade, o interior da zona frontal é composta por uma estrutura de alumínio do tipo honeycomb, mas dada a complexidade de modelação e posterior computação de uma estrutura dessas, modelou-se como um bloco sólido conferindo-lhe as propriedades estruturais equivalentes, [25], e uma densidade de modo a que pesasse aproximadamente os restantes 50 kg. Assim, as propriedades do veículo ligeiro são as indicadas na Tabela 5.1. Tabela 5.1 Propriedades físicas do veículo ligeiro. Estrutura rígida (aço) Zona deformável Módulo de Young (E Pa) 210x x10 9 Coeficiente de Poisson (υ) Massa específica (ρ kg/m 3 ) Tensão de cedência (S Y Pa) x10 6 Tensão de rotura (S T Pa) x

80 a) modelo real b) modelo 3D simplificado Figura 5.1 Veículo usado nas colisões laterais nos testes NCAP. Relativamente ao semi-reboque, foi modelado observando imagens de modelos reais. As suas dimensões foram arbitradas, sendo o resultado visível na Figura 5.2. a) modelos reais b) modelo 3D simplificado Figura 5.2 Semi-reboque. O material usado para o semi-reboque foi o aço AISI1045, cujas propriedades são as indicadas na Tabela 5.2. Tabela 5.2 Propriedades do aço AISI1045. Aço AISI1045 Módulo de Young (E Pa) 205x10 9 Coeficiente de Poisson (υ) 0.29 Massa específica (ρ kg/m 3 ) 7850 Tensão de cedência (S Y Pa) 530x10 6 Tensão de rotura (S T Pa) 625x

81 5.2. Impacto em estruturas de absorção de energia traseiras De modo a comparar algumas das hipóteses exibidas ao longo do trabalho, testaram-se várias estruturas de modo a perceber quais são mais eficazes na absorção de energia e a impedir o underride dos veículos. Usouse para todas as estruturas (traseiras e laterais)o aço AISI1006, cujas propriedades estão indicadas na Tabela 5.3. Tabela 5.3 Propriedades do aço AISI1006. Aço AISI1006 Módulo de Young (E Pa) 200x10 9 Coeficiente de Poisson (υ) 0.29 Massa específica (ρ kg/m 3 ) 7872 Tensão de cedência (S Y Pa) 165x10 6 Tensão de rotura (S T Pa) 295x10 6 Todas as estruturas aqui representadas, também foram modeladas observando imagens pelo que as suas dimensões podem não corresponder às reais. Como primeira hipótese decidiu-se testar uma protecção simples e cujas dimensões estão de acordo com as normas existentes actualmente (a sua altura ao solo é de 550mm, e a sua distância à secção traseira do semireboque é de 300mm). A largura da estrutura é 1800mm e as suas secções são de 100x100mm. Na Figura 5.3 é possível ver a estrutura modelada e como ela se insere no semi-reboque. a) b) Figura 5.3 Modelação de uma protecção traseira simples. Tendo em conta que a maioria das estruturas actuais não têm como objectivo absorver energia mas apenas impedir o underride, acabam por ser muito rígidas sendo a deformação existente praticamente toda no veículo que colide como se pode ver na Figura

82 Figura 5.4 Impacto em protecção traseira que não absorve energia. 68

83 Assim, definiu-se uma espessura suficiente de modo a que a estrutura praticamente não deformasse. Simulando o impacto do veículo ligeiro na estrutura a 50 km/h (14 m/s), obtiveram-se os resultados apresentados na Figura 5.5. Tensões Deformações t = 0.028s t = 0.032s t = 0.052s t = 0.052s t = 0.072s t = 0.072s t = 0.16s t = 0.16s Figura 5.5 Sequência da simulação. 69

84 Como se pôde verificar na Figura 5.5, tendo uma estrutura bastante rígida a deformação localiza-se praticamente toda no veículo que colide. A tensão máxima existente na estrutura (178 MPa) pouco ultrapassa a tensão de cedência (165 MPa), daí ela não apresentar deformação substancial. Verificou-se também que dada a elevada altura em relação ao solo desta estrutura, apenas existiu deformação considerável na parte superior frontal do veículo, estando-se a desperdiçar o facto que ao distribuir o carregamento do impacto por toda a área frontal do carro se conseguiria ter uma menor deformação longitudinal. Quanto à distância da estrutura à traseira do semi-reboque, verificou-se ser elevada. Embora a estrutura impeça o underride, está colocada demasiado à frente o que aliado à acentuada deformação da frente do veículo faz com que este ainda escorregue consideravelmente para debaixo do semi-reboque como se pode ver em t=0.072s (instante de maior avanço do veículo), podendo não ser muito eficaz em veículos de frente mais curta. Outro factor importante ao testar estas estruturas, é verificar que desacelerações provocam nos veículos durante o impacto. Para um ser humano, as desacelerações máximas que ele pode sofrer no impacto são de 88G durente 3ms [26], havendo no entanto um risco de 20% de ocorrerem lesões nos ocupantes se atingirem tais valores. Assim, decidiu-se ver qual a evolução da desaceleração do veículo no impacto. Dado que este parâmetro varia ligeiramente de local para local no veículo, é necessário escolher um ponto do veículo para pontualmente saber a sua desaceleração. Escolheu-se o nó 2946 (assinalado na Figura 5.6) por estar perto do lugar do condutor. a) posição do nó. b) evolução da desaceleração do nó. Figura Nó de onde se retirou a evolução da desaceleração. Verificou-se que a desaceleração máxima atingida foi de aproximadamente 420m/s 2 (43G) que é perto de metade da admissível. Como segunda hipótese decidiu-se testar uma aproximação da estrutura usada em testes no Brasil (visível na Figura 4.9 b)). Definiu-se que esta estrutura teria uma altura ao solo de 500mm e uma espessura de 3mm. A placa traseira tem 1800mm de largura e uma secção de 150x20mm. Os apoios laterais têm secção 30x30mm. Neste caso, o fim da estrutura está alinhado com a secção traseira do semi-reboque. Na Figura 5.7 está representada a estrutura modelada e como ela se insere no semi-reboque. a) b) Figura 5.7 Modelação de uma das protecções traseiras testadas pela FEM, [8]. 70

85 Simulando o impacto do veículo ligeiro na estrutura a 50 km/h, obtiveram-se os resultados apresentados na Figura 5.8. Tensões Deformações t = 0.008s t = 0.008s t = 0.024s t = 0.024s t = 0.044s t = 0.044s t = 0.16s t = 0.16s Figura 5.8 Sequência da simulação. 71

86 Verificou-se que esta estrutura também é algo rígida, pois a frente do carro deformou bastante. Neste caso, a tensão máxima atingida verificada foi superior à anterior (234 MPa). Embora esta estrutura esteja ligeiramente mais próxima do solo, o impacto continua a dar-se ainda muito na parte superior da frente do veículo, o que como já foi explicado anteriormente não é vantajoso. No entanto, verificou-se que o facto de a estrutura se encontrar mais próxima da secção traseira do semireboque fez com que o veículo não escorregasse para debaixo do semi-reboque, como se pode ver bem em t=0.044s (instante de maior avanço do veículo). Relativamente à desaceleração provocada no veículo, o resultado obtido para o mesmo nó (nó 2946) é o que está representado na Figura 5.9. Verificou-se que as desacelerações atingem aproximadamente os mesmos valores (43G). Figura 5.9 Evolução da desaceleração no nó. Como terceira hipótese testou-se uma aproximação da estrutura concebida pela BENALU (visível na Figura 4.8). Atribui-se também uma largura de 1800mm, mas definiu-se uma altura de 350mm ao solo e uma espessura de 4mm. Os apoios têm secção 100x100mm e a placa 200x50mm Também neste caso, o fim da estrutura está alinhado com a secção traseira do semi-reboque. Na Figura 5.10 é possível ver a estrutura modelada e como ela se insere no semi-reboque. a) b) Figura 5.10 Modelação de uma protecção traseira criada pela BENALU. 72

87 Simulando o impacto do veículo ligeiro na estrutura a 50 km/h, obtiveram-se os resultados apresentados na Figura Tensões Deformações t = 0.008s t = 0.008s t = 0.032s t = 0.032s t = 0.06s t = 0.06s t = 0.16s t = 0.16s Figura 5.11 Sequência da simulação. 73

88 Como se observou na Figura 5.11 esta estrutura apresenta uma deformação considerável, principalmente quando comparada com as outras, não sendo portanto o veículo a absorver quase na totalidade a energia gerada no impacto como se verificava nas estruturas anteriores. Pode-se observar nas figuras das tensões que o seu valor máximo atinge os 276 MPa, mesmo sendo esta estrutura mais espessa que a anterior. Nas figuras das extensões, verifica-se que a sua distribuição é relativamente uniforme na zona frontal do veículo, indicando que a energia gerada no impacto também se distribui mais uniformemente pela sua frente. Embora o avanço do veículo seja ligeiramente superior ao anterior, o que é visível em t=0.06s (instante de maior avanço do veículo), conseguiu-se evitar o underride do veículo sem grandes deformações locais na sua frente (talvez devido a ter uma maior superfície de contacto entre a frente do veículo e a estrutura, conseguiu-se distribuir melhor o carregamento), e com alguma deformação na estrutura. Relativamente à desaceleração provocada no veículo, o resultado obtido para o mesmo nó é o que está representado na Figura Figura 5.12 Evolução da desaceleração no nó. Verificou-se que as desacelerações atingem aproximadamente os 290m/s 2 (30G), o que representa uma melhoria em relação às estruturas anteriores. A quarta hipótese a ser testada não é nenhuma das mostradas anteriormente. Considerando a teoria da deformação frontal aplicada aos veículos ligeiros, em que se tem uma zona inicial que deforma para absorver energia seguida de uma zona rígida (normalmente o início do habitáculo para que a deformação não se propague para o seu interior o que poderia ser bastante prejudicial para os ocupantes), tentou adaptar-se a mesma teoria às estruturas de absorção de energia traseiras de modo a que haja uma deformação progressiva destas mas sempre impedindo um excessivo avanço por parte do veículo. Na Figura 5.13 é possível ver a estrutura modelada e como ela se insere no semi-reboque. 74

89 a) b) Figura Modelação de uma protecção traseira alternativa. Atribuiu-se à placa inicial também uma largura de 1800mm, mas uma secção de 300x25mm. A placa inicial tem como função direccionar parte da energia gerada no impacto para as zonas de absorção de energia, que ao alargar nas quatro direcções vai aumentando progressivamente de rigidez. Estas zonas estendem-se na vertical 100mm em cada sentido e na horizontal com uma inclinação de 95º. São os apoios que graças à sua geometria conferem rigidez à estrutura impedindo que o veículo ultrapasse aquela zona. Os apoios que estão na vertical têm secção 100x100m e uma altura de 550mm, e os que estão na diagonal têm secção 100x50mm e fazem um ângulo de 50º com a vertical, sendo a altura mínima da estrutura em relação ao solo de 300mm. A sua espessura é de 2mm. 75

90 Simulando o impacto do veículo ligeiro na estrutura a 50 km/h, obtiveram-se os resultados apresentados na Figura Tensões Deformações t = 0.008s t = 0.008s t = 0.044s t = 0.044s t = 0.084s t = 0.084s t = 0.16s t = 0.16s Figura Sequência da simulação. 76

91 Como se observou na Figura 5.14, apenas a parte inicial da estrutura apresenta deformação considerável não sendo apenas o veículo ligeiro responsável pela absorção de energia, e como se pretendia os apoios praticamente não deformaram cumprindo a sua função de evitar o underride do veículo ligeiro. Pelas imagens das extensões, verificou-se também que ao ter uma placa com uma maior altura se conseguiu distribuir melhor a deformação por toda a área frontal do veículo, não concentrando a sua deformação na parte superior ou na parte inferior. Como é visível em t=0.084s (instante de maior avanço do veículo), com esta estrutura verificou-se um maior avanço do veículo ligeiro que com as anteriores, mas que se deve maioritariamente à deformação da estrutura e não da frente do veículo. O resultado obtido para a desaceleração no mesmo nó, é o que está representado na Figura Figura Evolução da desaceleração no nó. O valor máximo atingido para a desaceleração foi de aproximadamente 320m/s 2 (32G) que é um valor acima, mas próximo da anterior. Verificou-se em todas as simulações que as tensões máximas obtidas nunca se aproximaram da tensão de cedência do chassis do semi-reboque, o que significa que este nunca sofreu nenhuma deformação permanente devido aos impactos do veículo nas estruturas de deformação. 77

92 5.3. Impacto em estruturas de absorção de energia laterais Já nas estruturas laterais, não só não há tanta oferta como também não foram encontrados estudos vocacionados para estas estruturas. No entanto, não se deve menosprezar a importância destas estruturas como é visível na Figura 4.2 e na Figura 4.5. Na Figura 5.16 apresentam-se estruturas laterais habituais que se podem encontrar instaladas em semireboques. a) b) Figura 5.16 Estrutura de protecção laterais instaladas em semi-reboques. Como primeira hipótese de estrutura lateral, testou-se uma aproximação da estrutura existente no semireboque da Figura 5.16 b). Novamente, as medidas podem não corresponder às reais. A largura é de 3000mm, e a altura 350mm, ficando a 450mm do solo. Atribuiu-se uma espessura de 12mm. Na Figura 5.17 é possível observar a estrutura modelada e como ela se insere no semi-reboque. a) b) Figura 5.17 Modelação de uma protecção lateral criada pela BENALU. 78

93 Simulando o impacto do veículo ligeiro na estrutura a 50 km/h, obtiveram-se os resultados apresentados na Figura Tensões Deformações t = 0.004s t = 0.004s t = 0.036s t = 0.036s t = 0.064s t = 0.064s t = 0.16s t = 0.16s Figura 5.18 Sequência da simulação. 79

94 Como se pôde verificar na Figura 5.18, com uma espessura grande (12mm) esta estrutura consegue evitar o underride do veículo (de facto o veículo não chegou a estar debaixo do semi-reboque), no entanto o modo como a placa está ligada ao chassis (com ligações em L) para além de não absorver muita energia também não representa grande resistência, daí a frente do veículo ter avançado o suficiente para estar no alinhamento dos pneus do semi-reboque, como é bem visível em t=0.064s (instante de maior avanço do veículo), o que pode ser perigoso caso o semi-reboque se encontre em andamento. O resultado obtido para a desaceleração no nó (o nó é o mesmo que foi usado nas simulações de impacto nas estruturas traseiras), é o que está representado na Figura Figura 5.19 Evolução da desaceleração no nó. A desaceleração máxima obtida foi aproximadamente 310m/s 2 (31G). Este tipo de protecções laterais apresentam sem dúvida um grande problema que é terem uma elevada altura ao solo, em que não é difícil um condutor de um veículo de duas rodas ou até mesmo um peão deslizar por debaixo delas num acidente, acabando por ficar por baixo do veículo pesado de mercadorias ou do (semi-)reboque sendo eventualmente esmagado pelas rodas, pelo que seria benéfico se a altura ao solo destas estruturas fosse menor. No entanto, isso representa um problema tendo em conta certos locais por onde circulam estes veículos que não são por vezes de piso regular pelo que protecções demasiado baixas podem ter tendência a bater em certos obstáculos no chão danificando a parte de baixo. O ideal seria ter uma protecção com baixa altura ao solo mas que não fosse rígida de modo a que quando batesse em algo se deslocasse contornando o obstáculo.considerando isso, modelou-se uma protecção lateral com possibilidade de movimento vertical através de rotação nos apoios. O mecanismo está apresentado na Figura

95 a) vista do conjunto b) vista explodida Figura 5.20 Mecanismo móvel de protecção lateral. A parte inferior da placa tem uma forma semicircular para que os veículos de duas rodas e os seus ocupantes, e os peões não batam directamente na placa em caso de acidente. Na base da placa estão uns batentes circulares para a auxiliar a subir quando ela necessitar de contornar obstáculos existentes no chão. O mecanismo insere-se no semi-reboque tal como se pode ver na Figura a) posição normal b) posição de máxima elevação da protecção Figura 5.21 Semi-reboque com mecanismo móvel de protecção lateral. Devido a não estar rigidamente fixado, o mecanismo tem movimento pela rotação na zona de ligação das barras aos apoios. A sua posição normal é definida pela barra superior quando a sua parte de baixo encosta no apoio como se pode ver na Figura a) vista de corte da ligação da barra de cima ao apoio b) vista de corte da ligação da barra de baixo ao apoio Figura 5.22 Pormenor das zonas ligação com o mecanismo na posição normal. A elevação máxima do mecanismo é definida pela barra inferior quando a sua parte de cima toca no apoio, como se pode ver na Figura

96 a) vista de corte da ligação da barra de cima ao apoio b) vista de corte da ligação da barra de baixo ao apoio Figura 5.23 Pormenor das zonas ligação com o mecanismo na máxima elevação. De modo a que a placa não suba durante o impacto, perdendo o efeito de impedir o que algo deslize para debaixo do semi-reboque durante o acidente, modelaram-se os pinos como cilindros esbeltos de modo que durante o impacto se quebrem fazendo com que a barra superior encaixe na calha atrás de si, tendo o mesmo efeito que se estivesse encastrada. Foi por essa razão que se definiram os comprimentos das barras de modo a que a placa ficasse ligeiramente inclinada, com a parte superior a ficar um pouco avançada em relação à parte inferior para que ela fosse a primeira zona de contacto em caso de colisão. Assim, consegue-se ter um mecanismo móvel permitindo uma reduzida altura ao solo, mas que se comporta como estando rigidamente fixado no impacto. No entanto, para efectuar a simulação de impacto também se simplificou o mecanismo de modo a diminuir o tempo das análises. Retiraram-se os batentes e a zona circular no fundo da placa, pois à altura que ela foi colocada também não chega a entrar em contacto com o veículo. Considerou-se que a protecção se encontrava na posição normal e que as barras estavam encastradas (ou rigidamente ligadas) aos apoios. Dado que as estruturas de ambos os lados são independentes (não estão interligadas de modo algum) apenas se colocou do lado em que o veículo vai colidir. Na Figura 5.24 é possível ver como a estrutura modelada se insere no semireboque. Figura 5.24 Modelação simplificada do mecanismo móvel para protecção lateral. A sua largura também é 3000mm, mas a altura é 700mm, ficando a 100mm do solo. De modo a comparar melhor os resultados com a protecção anterior atribuiu-se também uma espessura de 12mm. Os braços tem de secção de altura 50mm e largura 40mm.Os apoios têm uma secção 100x100mm e uma altura de 400mm ficando a uma altura igual à do meio das rodas. 82