TRAUMA EM MOTOCICLISTAS: INFLUÊNCIA DA DIFERENÇA DE VELOCIDADE EM ACIDENTES ENVOLVENDO MOTOCICLOS

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1 Ref: CLME 2011_3704A TRAUMA EM MOTOCICLISTAS: INFLUÊNCIA DA DIFERENÇA DE VELOCIDADE EM ACIDENTES ENVOLVENDO MOTOCICLOS Pedro M. A. Talaia* 1, Luděk Hynčík 2, Michal Hajžman 2 1 IDMEC-feup Universidade do Porto Porto, Portugal 2 Katedra mechaniky, Západočeská univerzita v Plzni Pilsen, República Checa * ptalaia@fe.up.pt RESUMO: Este trabalho foi realizado no âmbito do projecto europeu MYMOSA (MotorcYcle and MOtorcyclist SAfety, Segurança de Motociclos e Motociclistas). O objectivo da nossa tarefa foi a criação de um modelo multicorpo de um adulto do sexo masculino, percentil 50, para análise de acidentes com enfâse em motociclos (PTW Power Two-Wheeler) e avaliação de trauma. O trabalho mostra a comparação de velocidades de impacto entre um motociclista e uma carrinha e as consequências ao nível de trauma no motociclista. A ênfase do estudo incide na cabeça e mostra a importância da análise de impactos secundários em cenários de acidente envolvendo PTW s. 1. INTRODUÇÃO Os acidentes rodoviários são uma triste realidade de qualquer país. O impacto na sociedade e na economia é enorme. De acordo com a Comissão Europeia, foi registado mortes no ano de 2001 nas estradas europeias [Tostmann, 2006]. O número de óbitos tem sofrido uma ligeira diminuição devido aos esforços de várias entidades, mas o número absoluto de acidentes envolvendo PTW permanece quase igual, ou seja, há um claro deficit no aumento da segurança deste grupo específico de usuários das vias rodoviárias. A contribuição das PTW em termos de mortes em 2006 em vários países europeus é ilustrada na Fig. 1. Actualmente o número global anda em torno dos 20%. Fig. 1. Percentagem de mortes de motociclistas versus total de mortes por país [Tostmann, 2006]. Números de um dos últimos relatórios Global status report on road safety, da OMS (Organização Mundial de Saúde), aponta para cerca de um milhão e 270 mil mortes nas

2 estradas do mundo no ano de 2008 e esses números são apenas para o chamado grupo frágil: PTW, bicicletas e peões. Para análise de acidentes envolvendo o chamado grupo frágil, recorreu-se a um modelo humano (Fig. 2) usando o método de dinâmica multicorpo. A base do modelo teve como principio o trabalho de [Robbins, 1983] e apresentado por [Talaia et al., 2008]. A acoplagem do modelo com o PTW e definição de contactos é descrita por [Giner et al., 2008, Manka et al., 2009, Giner et al., 2010]. O modelo foi implementado usando o software Virtual.Lab Rev9 da LMS intl. Fig. 2. Modelo do corpo humano, detalhe e aspecto do modelo parcialmente coberto com pele [Talaia et al., 2008]. 2. METODOLOGIA Para este trabalho, foi seleccionado um cenário de choque frontal (Fig. 3) entre um motociclo (designado por PTW) e uma carrinha de caixa fechada (designada por Van). As velocidades iniciais para o PTW e a Van são pré-definidas. A Van quando inicia a simulação em movimento está a travar, com uma desaceleração de 0.8g. Considerou-se desprezável a influência da suspensão da Van e dos seus pneumáticos. A simulação do impacto frontal foi efectuada usando diversos pares de velocidade inicial para ambos os veículos. A reconstituição de cada cenário de acidente envolve todo a acidente, desde o primeiro impacto até o condutor atingir a posição de repouso ou imóvel. Para cada cenário, foi calculado para a cabeça do motociclista os valores de HIC (Head Injury Criterion, HIC15 é o valor de HIC (1) para um intervalo de tempo máximo de 15ms) e max(g) (aceleração máxima) de acordo com [AMF, 2005]. Dada a tipologia do acidente, houve uma divisão do acidente em dois sub-acidentes: impacto da PTW com a Van (designado como impacto principal) e impacto do motociclista com o terreno (designado como impacto secundário). 2.5 t2 1 ( ) ( 2 1) t2 t (1) 1 t1 HIC= max a t dt t t

3 Fig. 3. Configuração inicial para a colisão frontal entre PTW e Van Em todas as simulações, o motociclista tinha capacete. O mesmo acidente sem capacete resultaria num agravar dos critérios de trauma. Note-se que há relatórios de peritagens que documentaram a desacoplamento do capacete algures após o primeiro impacto. Este desacoplamento agravará os indicadores de trauma para o impacto secundário. Este cenário não foi objecto de estudo neste caso. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO O primeiro aspecto que se observa é a diferença de energia entre os dois tipos de veículos no que concerne às suas massas (visto as velocidades iniciais do acidente serem semelhantes). A Tabela 1 mostra os vários valores de HIC15 e max(g) para a cabeça do motociclista nos vários pares de velocidade inicial dos veículos em impacto frontal. Tabela 1: Valores de HIC15* e max(g)** para vários pares de velocidade de impacto para impacto primário e secundário Velocidade (kph) Impacto principal (c/ veiculo) Impacto secundário (c/ terreno) PTW-van HIC15 max(g) HIC15 max(g) * para as marcas de HIC: verde para valores inferiores a 750, amarelo até 1000, e vermelho para maiores que ** para as marcas de max(g): verde para valores inferiores a 250, amarelo até 350, e vermelho para maiores que 350.

4 Pode-se observar na Fig. 4 as posições respectivas do PTW e Van nos instantes 50ms e 100ms para os vários pares de velocidade inicial de impacto. t = 50ms t = 100ms Van = 30kph PTW = 30kph Van = 50kph PTW = 30kph Van = 50kph PTW = 70kph Van = 0kph PTW = 70kph Van = 0kph PTW = 48kph Fig. 4. Posição da PTW e van para impacto frontal entre nos diferentes velocidades de impacto nos tempos 50ms e 100ms respectivamente (continua)

5 t = 50ms t = 100ms Van = 70kph PTW = 50kph Van = 70kph PTW = 30kph Van = 30kph PTW = 70kph Van = 30kph PTW = 50kph Fig. 4. Posição da PTW e van para impacto frontal entre nos diferentes velocidades de impacto nos tempos 50ms e 100ms respectivamente (continuada) A diferença de velocidades e energia tem um papel importante na trajectória do condutor, mas as diferenças entre valores HIC quando se alterna as velocidades dos veículos oferece valores semelhantes, notando-se um maior pico de aceleração da cabeça quando a Van impacta a velocidades superiores. Podemos observar que a configuração de acidente escolhida para o impacto pode iniciar danos permanentes no cérebro para um par de velocidade de 30-30kph, obtendo valores de HIC15 de O menor HIC15, com valor igual a 361 para o impacto com a estrada não prevê a ocorrência de dano. Devemos manter a suposição de que o capacete permanece na posição, e o primeiro impacto não reduz a funcionalidade do capacete para absorver a energia de impacto secundário. O valor de HIC para o segundo impacto é muito sensível sobre a maneira como o corpo "cai" no solo. Se a cabeça cai em primeiro lugar do que por exemplo os ombros, tem-se então um maior pico de desaceleração na cabeça. O facto de a cabeça entrar

6 em contacto com o chão mais tarde pode ser bom no instante do acidente, mas não é uma condição obrigatória para uma melhor recuperação desde o aparecimento de outros pequenos traumas, podendo causar a curto ou médio prazo complicações clínicas. Um valor mais baixo de HIC na cabeça pode também vir da dissipação de energia no pescoço, algo que também pode ser fatal para o condutor. Os dados que fornecem os valores apresentados na Tabela 1 são ilustrados na Fig. 5 para o intervalo de tempo que contém o impacto primário (impacto entre o PTW e respectivo condutor e o veículo oposto, a Van, durante o instante 0ms até 150ms), e Fig. 6 para o intervalo de tempo que contém o impacto secundário (impacto entre o condutor e o chão, depois de trajectória voo, instante 1s até 1,3s). acceleration [g] PTW 48kph Van 0kph [HIC = 1068] PTW 70kph Van 0kph [HIC = 2339] PTW 70kph Van 50kph [HIC = 9512] PTW 30kph Van 50kph [HIC = 3397] PTW 30kph Van 30kph [HIC = 1491] PTW 50kph Van 30kph [HIC = 3076] PTW 70kph Van 30kph [HIC = 6998] PTW 30kph Van 70kph [HIC = 6967] PTW 50kph Van 70kph [HIC = 9362] time [ms] Fig. 5. Aceleração ao longo do tempo para o primeiro impacto da cabeça (com o veículo) e respectivo valor de HIC Na Fig. 5, é reconhecido o mesmo padrão de aceleração para as velocidades de impacto entre o PTW e van para os pares de velocidade [em kph]: com 70-50, com e com Esse padrão é confirmado pelos respectivos valores similares de HIC: 9362 com 9512, 6967 com 6998 e 3397 com 3076 respectivamente. A diferença vem quando a Van é o veículo mais rápido, onde o max (g) é ligeiramente maior.

7 800 PTW 48kph Van 0kph [HIC = 14] PTW 70kph Van 0kph [HIC = 40] PTW 70kph Van 50kph [HIC = 987] PTW 30kph Van 50kph [HIC = 484] PTW 30kph Van 30kph [HIC = 361] PTW 50kph Van 30kph [HIC = 509] PTW 70kph Van 30kph [HIC = 410] PTW 30kph Van 70kph [HIC = 4327] PTW 50kph Van 70kph [HIC = 174] acceleration [g] time [ms] Fig. 6. Aceleração ao longo do tempo para impacto secundário No intervalo de tempo 50ms até 100ms é notório que cada cenário começa a seguir uma tendência independente, começando neste intervalo o período de voo. O tempo de voo depende da própria configuração do capot após o impacto do condutor com a frente do veículo. O modo de ricochete corresponderá a acelerações diferentes em várias partes do corpo, que significa também que que a cabeça está sujeita a acelerações diferentes. A Fig. 6 mostra 2 casos (entre todos os outros casos) em que a cabeça com capacete está ressaltando no chão de forma semelhante: PTW em 70kph e Van 50kph, e, em seguida, PTW em 30kph e Van de 70kph. O rápido ricochete observado corresponde a um alto valor de HIC, mas valores de HIC15 não tão elevados estão presentes após e/ou antes do intervalo de tempo para o HIC15 calculado, uma vez que este parâmetro considera apenas um intervalo de tempo menor ou igual a 15ms. Se os picos de aceleração estão num período de tempo maior do que 15ms, o pior cenário (maior HIC) é apresentado, mas os outros valores de HIC para os outros picos podem ser na mesma ordem de grandeza. Estas solicitações após os altos valores

8 observados no impacto com o pára-brisas podem majorar o trauma causado nesse primeiro impacto. 4. CONCLUSÕES Este estudo avalia as consequências de impacto frontal entre um PTW e uma Van, e respectivas consequências no motociclista. A metodologia empregue demonstra de forma clara as fragilidades dum dos membros do gripo de risco, os motociclistas. É analisado também a importância da análise do impacto secundário quando se analisa motociclistas. Os resultados obtidos são muito interessantes, validam a metodologia usada e sugerem novos estudos análogos. AGRADECIMENTOS Este trabalho foi realizado com o apoio do projecto europeu MYMOSA, acções Marie Curie, projecto Nº MRTN CT da Comissão Europeia no 6º Programa Quadro e pela bolsa de investigação SFRH/BI/33924/2009, da Fundação para a Ciência e a Tecnologia. Os autores agradecem também a empresa LMS intl pelo fornecimento do software Visrtual.Lab e respectivo treino e suporte. REFERÊNCIAS Arbeitskreis Messdatenverarbeitung Fahrzeugsicherheit, Crash analysis criteria description, version , Bergisch Gladbach: Workgroup data processing vehicle safety Giner, D., Kang, J., Talaia, P., Hajžman, M., Hynčík, L., Evangeli, G., 2008, Development of overall methodology for accident simulations, Deliverable nº 1.1, for the Marie Curie Actions project, RTN action MRTN-CT MYMOSA, of the European Community within the 6th Framework Program Giner, D., Kang, J., Toso, M., Ciubotaru, L., Manka, M., Donders, S., Talaia, P., Hajžman, M., Hynčík, L., Toma, M., Njilie, A. F., 2010, Integration into a vehicle/rider model for fullscale simulations, Deliverable nº 1.3, for the Marie Curie Actions project, RTN action MRTN-CT MYMOSA, of the European Community within the 6th Framework Program Manka, M., Giner, D., Kang, J., Talaia, P., Hajžman, M., Hynčík, L., Toma, M., Njilie, F., 2009, Detailing of the underlying critical aspects, Deliverable nº 1.2, for the Marie Curie Actions project, RTN action MRTN-CT MYMOSA, of the European Community within the 6th Framework Program Robbins, D.H., Anthropometric specifications for mid sized male dummy Volume 2, University of Michigan, Michigan, 1983 Talaia, P, Moreno, D., Hajžman, M., Hynčík, L., A 3D model of a human for powered twowheeler vehicles, ISMA 2008 International Conference on Noise & Vibration Engineering, Leuven, Belgium, September 2008 Tostmann, S. Powered two-wheelers and Road Safety: taking stock -looking ahead. in Safety ACEM Conference Brussels.