Especificar a interface não é suficiente, você precisa especificar o IP de origem. Veja a página man do ping:
interface is either an address, or an interface name. If interface is an address, it sets source address to specified interface address. If interface in an interface name, it sets source
É muito provável que seu ping esteja saindo com o IP de origem da eth0, o que está atrapalhando as coisas.