Efectul piston se referă la deplasarea forțată a aerului într-un tunel sau puț, datorită unei mase în mișcare. Acesta este un fenomen de luat în considerare atunci când se dezvoltă tot felul de structuri.
Când un vehicul se deplasează în aer liber, acesta setează aerul care se deplasează în orice direcție, cu excepția spre sol. În interiorul unui tunel, aerul este limitat de pereți și se deplasează de-a lungul tunelului. În spatele vehiculului în mișcare, aerul este aspirat și intră în tunel. În plus, datorită vâscozității sale , fluidul este antrenat de suprafața vehiculului. Această mișcare de aer cauzată de vehicul este similară cu funcționarea unui piston mecanic, de unde și denumirea de „efect de piston”.
Efectul piston este deosebit de pronunțat în tunelurile de cale ferată, deoarece în multe cazuri fața frontală a trenului este aproape la fel de mare ca secțiunea transversală a tunelului. Vântul resimțit de călători pe platformele de metrou atunci când un tren care se apropie este fluxul de aer creat de efectul piston. Efectul este mai puțin pronunțat în tunelurile vehiculelor rutiere, deoarece secțiunea transversală a vehiculului este mică în comparație cu cea a tunelului. Tunelele cu sens unic maximizează efectul pistonului. Puterea sa depinde de distanța dintre vehicul și tunel, precum și de forma din fața vehiculului.
Debitul de aer cauzat de efectul pistonului poate supune instalațiile din interiorul tunelului la solicitări semnificative. Prin urmare, aceste instalații trebuie proiectate și instalate ținând cont de acest efect.
Inginerii de lucrări publice trebuie să ia în considerare efectul pistonului ca parte a fluxului de fum în arborii ascensorului . Un lift în mișcare mișcă aerul în jurul său. Prin urmare, în cazul unui incendiu, un lift în mișcare poate împinge fumul la etajele inferioare.
Efectul pistonului este luat în considerare în ventilația tunelurilor. În tunelurile feroviare, unde efectul este cel mai mare, trenul împinge aerul din fața acestuia către cel mai apropiat arbore de ventilație și aspiră aerul din ultima fântână. Efectul piston influențează, de asemenea, ventilația în tunelurile rutiere.
În unele tuneluri de metrou, efectul pistonului este suficient de puternic încât să nu fie necesară ventilația mecanică. Într-o oarecare măsură, acest lucru economisește energie.
Trenurile de mare viteză pot genera unde de șoc , care pot deranja locuitorii locali și pot deteriora trenurile și structurile tunelului. Percepția acestui sunet de către oameni este similară cu cea a exploziei supersonice a unui avion de luptă, dar spre deosebire de acesta, acest zgomot nu este cauzat de trenurile care depășesc viteza sunetului. Rezultă din structura tunelului împiedicând aerul din jurul trenului să scape în toate direcțiile. Când un tren trece printr-un tunel, acesta generează unde de compresie în fața sa. Aceste unde vor forma o undă de șoc care generează un bang atunci când ajunge la ieșirea din tunel. Puterea acestei valuri fiind proporțională cu cubul vitezei trenului, efectul este mult mai pronunțat cu trenurile foarte rapide.
Această explozie poate enerva locuitorii din apropierea ieșirii din tunel, în special în văile montane unde sunetul poate răsuna. Aceste întreruperi trebuie luate în considerare pentru liniile de mare viteză, cum ar fi Shinkansen și TGV. Acest fenomen a devenit chiar unul dintre principalele obstacole în calea creșterii vitezei trenului în Japonia, unde terenul necesită multe tuneluri. Multe ieșiri din tunel sunt de fapt afectate de o lege japoneză, limitând zgomotul în zonele rezidențiale la 70 dB.
Pentru a reduce acest fenomen, inginerii fac profilul trenului foarte aerodinamic . În plus, se adaugă protecții la intrările și ieșirile tunelurilor, cum ar fi pereții perforați. De asemenea, găurile de ventilație sunt găurite în tuneluri.