En un año marcado por la frecuencia y gravedad de accidentes aéreos como el de Air India o el de Corea del Sur, con cientos de víctimas mortales, se hace necesario contar con nuevos sistemas y materiales que garanticen la seguridad de aviones y pasajeros. Uno de los elementos más críticos es la propia pista de despegue y aterrizaje, donde se llevan a cabo las maniobras más arriesgadas de todo vuelo.

Para evitar accidentes graves en caso de que un avión se salga de la pista, desde hace décadas se han utilizado soluciones como los Sistemas de Frenado con Materiales de Ingeniería (EMAS, por sus siglas en inglés). Tras su primera instalación en el aeropuerto JFK de Nueva York en 1996, estos elementos se han incorporado en más de 70 aeropuertos estadounidenses y han evitado más de 15 accidentes graves.

El sistema se basa en bloques y planchas de hormigón especial, deformable y de colapso controlado, que actúan como un freno de emergencia, deteniendo de forma segura aeronaves de cientos de toneladas. En España, Aena ha implementado sistemas EMAS en el Adolfo Suárez Madrid-Barajas desde el año 2014.

Sin embargo, estos sistemas son susceptibles de mejora y es lo que propone un equipo de la China Building Materials Academy (CBMA), responsable de un nuevo tipo de hormigón ultraligero capaz de actuar como una "barrera blanda" para detener suavemente cualquier avión sin dañarlo y sin poner en peligro a pasajeros o tripulación.

La eficacia del bautizado como 'hormigón malvavisco' (en referencia a las esponjosas chucherías que en España conocemos como 'nubes') va más allá del laboratorio. El sistema ya se ha implementado con éxito en 14 aeropuertos a lo largo de China y los datos obtenidos son elocuentes: es un material muy estable, con una fluctuación de apenas un 3% (frente al 10% que se considera el límite como margen de seguridad), lo que confirma su fiabilidad en condiciones reales extremas como las del aeropuerto de Nyingchi, en el Tíbet.

Mejor que la tierra y el agua

Para mitigar los riesgos asociados al aterrizaje de las aeronaves en cualquier aeropuerto, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) establece regulaciones muy estrictas, como la obligatoriedad de disponer de un Área de Seguridad de Extremo de Pista (RESA, por sus siglas en inglés), que debe extenderse como mínimo 90 metros pero cuya eficacia depende por completo del material utilizado.

Tradicionalmente, las zonas de seguridad para evitar catástrofes al final de las pistas de aterrizaje de los aeropuertos se rellenaban con grandes superficies de tierra o arena. Sin embargo, el comportamiento de estos elementos naturales es poco fiable y depende en exceso de las condiciones climatológicas.

"Las superficies de tierra son muy sensibles a la humedad y la temperatura ambientales, con propiedades mecánicas inestables", explica Fang Jun, uno de los ingenieros del CBMA responsables del nuevo material, en declaraciones recogidas por el diario chino Science and Technology Daily. Otras alternativas, como las masas de agua, presentan sus propios problemas. "Tienden a congelarse en invierno y atraen a los animales", añade Jun.

Por eso, para mejorar las prestaciones de estas soluciones convencionales y de los sistemas EMAS usados hasta la fecha, los investigadores chinos han desarrollado un innovador material con una porosidad superior al 80% y una densidad de apenas 200 kg por metro cúbico, aproximadamente una décima parte del peso del hormigón convencional.

La clave de su funcionamiento reside en la absorción controlada de energía. A diferencia de una pared o una superficie de asfalto rígido, este material está diseñado para colapsar bajo el peso de la aeronave. "Parece sólido, pero se desmorona con el impacto, desacelerando los aviones suavemente", detalla Fang Jun.

Así, el tren de aterrizaje se hunde en los bloques de hormigón, y la resistencia generada por la fractura del material produce una fuerza de frenado constante y predecible, deteniendo la aeronave en una distancia mucho menor y evitando daños estructurales graves, tanto del propio fuselaje como de infraestructuras cercanas.

Debilidad controlada

El verdadero desafío a la hora de fabricar este material no era mejorar su resistencia, como es habitual en la investigación de nuevos tipos de hormigón, sino en potenciar su debilidad controlada. Para que el sistema EMAS sea eficaz, el hormigón debe tener la consistencia exacta para frenar el avión sin dañar su tren de aterrizaje.

"Para el hormigón celular ordinario, normalmente es mejor una mayor resistencia. Sin embargo, nuestro material funciona bajo el requisito de una menor resistencia, con un rango de fluctuación muy estrecho", subraya Jun.

Para describir el poco margen con el que cuentan a la hora de ajustar las propiedades de estas nuevas mezclas de hormigón, Jun pone como ejemplo un Boeing 747. En ese caso, el lecho de frenado debe mantenerse dentro de un rango de resistencia de entre 0,30 y 0,35 megapascales: si es más duro, podría dañar el avión y, si es más blando, no lo frenaría a tiempo.

Una de las principales innovaciones del equipo chino ha sido la formulación del material. Las propuestas técnicas internacionales para los sistemas EMAS suelen emplear cemento de sulfoaluminato cálcico, que fragua rápidamente y facilita el moldeado.

No obstante, su elevado coste es un obstáculo importante, especialmente para aeropuertos pequeños o de bajo presupuesto. Además, según explica Jun, este tipo de cemento puede generar polvo tras largos periodos de servicio en exteriores. Por eso, el equipo chino optó por buscar una fórmula más barata y duradera basada en cemento común, el mismo que se utiliza en la construcción convencional.

Para lograr una estructura ultraligera y porosa con este tipo de cemento, la etapa de espumación es la clave. "El proceso consiste básicamente en 'soplar burbujas' en la mezcla de hormigón", aclara Fang. El reto es que estas burbujas sean estables y no se rompan antes de que el hormigón fragüe.

Para ello, los investigadores introdujeron un agente espumante de diseño propio: un compuesto de aire de doble cadena a base de colofonia maleada, una resina natural sometida a un sencillo proceso químico. Este aditivo consigue que sus moléculas se alineen de forma densa en las finas paredes de las burbujas, creando una especie de 'armadura' a escala microscópica que las fortalece y garantiza la integridad estructural del material final.

Otro avance fundamental del 'hormigón malvavisco' tiene que ver con la durabilidad a largo plazo del material. Y es que un sistema EMAS expuesto a la intemperie durante años puede ver alteradas sus propiedades por la lluvia, el hielo y los ciclos de temperatura.

Para solucionar este problema, el equipo chino desarrolló una "tecnología de regulación de la resistencia en dos etapas". Este mecanismo controla con precisión cómo se desarrolla la resistencia del hormigón a lo largo del tiempo, permitiendo que el material compense la degradación natural y mantenga sus propiedades de frenado durante toda su vida útil.

Así, esta innovación abre la puerta a que todo tipo de aeropuertos, también los regionales y aquellos con espacio limitado y presupuestos más ajustados, puedan implementar estos sistemas de frenado, que mejoran las prestaciones de los EMAS convencionales, requieren menos mantenimiento y son más duraderos.