Por: Igor Bravo Benitez, Principal Geotechnical, Geosinergia, Chile.

Presentado en el 9° Simposio Peruano de Geoingeniería.

Resumen 

La seguridad de las presas de relaves, pilas de lixiviación, botaderos, zonas de subsidencia y otras infraestructuras mineras superficiales exigen monitoreos de desplazamiento continuos y de alta precisión. Los sistemas Global Navigation Satellite System (GNSS) autónomos basados en tecnología de Internet of Things (IoT) integran receptores multiconstelación, procesamiento RTK embebido y enlaces de bajo consumo en un único nodo autosuficiente. 

Este trabajo describe la arquitectura, metodología de despliegue y resultados de campo obtenidos en operaciones mineras, alcanzando precisión milimétrica. Los datos se integran automáticamente en una plataforma de monitoreo geotécnico, permitiendo la detección temprana de fallas y la respuesta oportuna frente a eventos críticos. Se comparan las prestaciones frente a sistemas GNSS tradicionales y se discuten ventajas, limitaciones y perspectivas de esta tecnología como herramienta diseñada específicamente para geotecnia.

Palabras clave: monitoreo autónomo, desplazamiento en infraestructuras, GNSS, geotecnia.

Introducción

Los incidentes recientes en infraestructuras superficiales han impulsado regulaciones más estrictas (GISTM, DS 038‑2021‑EM, Chile) (DS 034-2023-EM, Perú) y la adopción de instrumentación de monitoreo continuo. El monitoreo GNSS, antes limitado por consumo energético intermitente y telemetría independiente – todo bajo un sistema híbrido–, ha evolucionado hacia nodos autónomos de bajo consumo, capaces de operar de forma continua y bajo mantenimiento, capaces de transmitir datos en tiempo real mediante tecnología LoRaWAN. Esto habilita la vigilancia de movimientos lentos (<10 mm/mes) y rápidos (>50 mm/h) en superficies extensas, complementando el monitoreo integral con otros instrumentos geotécnicos.

Las infraestructuras mineras superficiales como presas de relaves, botaderos de desmonte y pilas de lixiviación presentan riesgos geotécnicos que requieren vigilancia permanente, debido a la posibilidad de desplazamientos progresivos, deformaciones diferenciales o fallas estructurales asociadas a fenómenos de inestabilidad. Históricamente, eventos de falla en presas de relaves como Mount Polley (2014) o Brumadinho (2019) han evidenciado la necesidad de fortalecer los sistemas de monitoreo para la gestión segura del ciclo de vida de estas estructuras.

En respuesta, los marcos normativos internacionales como el Global Industry Standard on Tailings Management – GISTM (ICMM, 2020) recomienda la implementación de instrumentación geotécnica con monitoreo continuo, priorizando técnicas capaces de detectar desplazamientos con precisión milimétrica. En el contexto peruano, el DS 034-2023-EM establece la obligatoriedad del monitoreo y control permanente de presas de relaves en operación y cierre, con reporte de estabilidad física y geotécnica.

Entre los métodos de monitoreo superficial disponibles, como estaciones totales robotizadas (RTS), prismas ópticos, extensómetros y radares interferométricos (InSAR), los sistemas Global Navigation Satellite System (GNSS) se han posicionado como herramientas clave para captar desplazamientos 3D (X, Y, Z) en tiempo real. No obstante, su adopción en minería se ha visto limitada históricamente por desafíos logísticos: consumo energético elevado, necesidad de estaciones base, dependencia de comunicación punto a punto y costos altos de infraestructura.

El desarrollo reciente de sistemas GNSS con Internet of Things (IoT) autónomos presenta una mejora significativa respecto a las generaciones anteriores, integrando receptores geodésicos multiconstelación, telemetría de baja potencia (LoRaWAN), baterías de larga duración y procesamiento embebido en una sola unidad modular. Esto permite monitoreo continuo y autónomo sin requerir instalaciones complejas, reduciendo costos operativos y mejorando la cobertura en entornos mineros remotos.

En este contexto, el presente trabajo presenta la aplicación de sistemas GNSS - IoT autónomos como herramienta para el monitoreo continuo de desplazamientos en infraestructuras mineras superficiales, presentando su arquitectura funcional, implementación en campo y análisis de desempeño técnico.

Principios tecnológicos

GNSS

Worldsensing (s.f.) describe que es un sensor inalámbrico basado en tecnología de navegación satelital GNSS que permite realizar mediciones automatizadas y de alta precisión del desplazamiento de puntos en superficie. Utiliza tecnología avanzada multibanda con corrección cinemática en tiempo real (RTK), alcanzando precisiones de hasta 2 mm en el plano horizontal y 3 mm en el vertical. Además, incorpora como medición complementaria la detección de inclinaciones angulares.

El sensor integra antena GNSS multibanda, receptor de precisión geodésica y microcontrolador de ultra‑bajo consumo. Batería de litio que ofrece hasta 36 meses de autonomía con mediciones cada una hora. El firmware aplica correcciones RTK para entregar mediciones precisas. La serie resultante se filtra para obtener desplazamientos diferenciales. Tanto las correcciones como las lecturas se envían vía LoRaWAN (>10 km de distancia).

Para el monitoreo continuo de desplazamientos en infraestructuras mineras superficiales Worldsensing (sf.) indica que es necesario contar, como mínimo, con dos equipos GNSS: uno configurado como estación “base” y otro como “rover”. La base se instala sobre un punto de referencia fijo y estable, mientras que el rover o los rovers se posiciona en el área donde se requiere realizar el monitoreo continuo. El sistema opera transmitiendo la estación base correcciones en tiempo real hacia el rover, lo que permite determinar con elevada precisión las variaciones de posición a lo largo del tiempo.

Cabe mencionar que el equipo GNSS instalado en campo transmite los datos de forma inalámbrica mediante el protocolo de comunicación LoRaWAN hacia una Gateway.

Gateway

La Gateway es un concentrador de comunicaciones que actúa como punto central para la recepción, procesamiento y envío de datos provenientes de múltiples dispositivos IoT compatibles con el protocolo LoRaWAN. Opera como enlace entre los nodos remotos, como el nodo GNSS y las plataformas de monitoreo, permitiendo la integración de redes de sensorización distribuidas en campo. Asimismo, posee un alcance de hasta 15 km en línea de vista y está diseñada para operar en condiciones ambientales severas gracias a su grado de protección IP68, asegurando un funcionamiento confiable en aplicaciones mineras (Worldsensing, s.f.).

Risk Alert

El Risk Alert es un dispositivo que forma parte del Sistema de Alerta Temprana (SAT) desarrollado por Geosinergia para aplicaciones de monitoreo geotécnico, estructural y de estabilidad en terreno. Su principal función es emitir alertas inmediatas en campo ante eventos críticos, permitiendo reducir el tiempo de reacción frente a condiciones potencialmente peligrosas como deformaciones excesivas, desplazamientos acelerados o fallas estructurales.

Este dispositivo es comunicado por la Gateway a través del protocolo MQTT, recibiendo en tiempo real los datos enviados por el sensor GNSS y otros equipos de monitoreo instalados en la zona de supervisión. Cuando el sistema detecta que una variable medida supera el umbral de seguridad configurado, el Risk Alert cambia automáticamente su estado luminoso de verde a rojo y activa una alarma sonora local, proporcionando una advertencia clara y visible para que el personal en campo inicie su protocolo de evacuación hacia una zona segura.

Módulo de Procesamiento de datos

Technology For Geoscience (T4G) es una plataforma especializada en monitoreo geotécnico para minería, la cual recibe información desde la Gateway a través de protocolos MQTT, API o FTP y transforma “datos crudos” en información estructurada para análisis técnico y toma de decisiones. Integra múltiples instrumentos en tiempo real, permite visualizar tendencias mediante gráficos avanzados y facilita la interpretación geotécnica. Además, cuenta con tableros interactivos y un sistema inteligente de alertas que detecta variaciones en umbrales operacionales o de seguridad, notificando eventos críticos de forma inmediata para una gestión preventiva eficiente.

Telemetría

Según Sitrack (s.f.), la telemetría es un sistema de comunicación remota que permite adquirir, procesar y transmitir datos entre dispositivos de forma automatizada.

En minería, se utiliza para el monitoreo continuo de variables críticas, optimiza la toma de decisiones operativas y fortalece la seguridad mediante sistemas de alerta temprana.

LoRaWAN

Es una tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance y bajo consumo energético, diseñada para la transmisión eficiente de datos en redes distribuidas. Funciona mediante nodos que envían información hacia una Gateway central, donde es procesada para aplicaciones de monitoreo remoto. (Becolve Digital, s.f.).

MQTT

Según F5 Networks (s.f.), Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) es un protocolo de comunicación ligero y eficiente que permite el intercambio de datos entre dispositivos de forma autónoma sin intervención humana.

En el sistema, la Gateway emplea el protocolo MQTT para transmitir los datos generados por los nodos GNSS hacia el Risk Alert y el módulo T4G, permitiendo detectar umbrales críticos en tiempo real y generar información estructurada para el análisis técnico.

Internet de las cosas 

Según IBM Corporation (s.f.), el Internet de las Cosas (IoT) permite la interconexión de dispositivos físicos mediante redes inalámbricas para capturar y compartir datos en tiempo real, automatizando procesos y optimizando operaciones mediante decisiones basadas en información continua.

Estas capacidades han impulsado el desarrollo de sistemas GNSS - IoT autónomos aplicados al monitoreo geotécnico y estructural en minería. Mediante tecnologías de comunicación como LoRaWAN, MQTT y redes celulares 4G/5G, los datos generados por los nodos GNSS son transmitidos hacia una Gateway, la cual los distribuye tanto a plataformas de gestión como T4G, donde son procesados y analizados para la toma de decisiones técnicas, como al dispositivo Risk Alert, responsable de activar alarmas locales visuales y sonoras cuando se superan umbrales de seguridad configurados. Gracias a su diseño autosuficiente basado en baterías internas de larga duración, estos sistemas operan de manera continua y remota incluso en entornos de difícil acceso (IBM Corporation, s.f.).

Metodología y arquitectura del sistema GNSS IoT autónomo

La metodología propuesta describe el funcionamiento integral del sistema GNSS IoT autónomo implementado para monitoreo geotécnico continuo. El proceso se estructura en tres fases operativas: instalación y configuración del sistema en campo, transmisión de datos mediante protocolo MQTT hacia la plataforma T4G y, finalmente, activación del sistema de alerta temprana Risk Alert. Cada fase asegura continuidad operativa, confiabilidad en la medición y respuesta oportuna ante eventos críticos.

Fase I: instalación y configuración del GNSS y Gateway (ver Figura 8).

Fase II: configuración y envío de datos mediante MQTT al T4G (ver Figura 9).

Fase III: activación de sistema de alerta temprana de Risk Alert (ver Figura 10).

Resultados

En una presa de relaves en el norte de Chile y en una infraestructura crítica de una de las principales empresas mineras de Perú, se implementaron nodos GNSS RTK autónomos y se detectó desplazamientos verticales y horizontales, pudiendo obtener el vector de desplazamiento, tanto en magnitud como en orientación. Además de obtener perfiles de asentamiento se pudo graficar el componente vertical.

En la Figura 11, se presenta la implementación de un sistema GNSS - IoT autónomo en una presa de relaves ubicada en el norte del Perú, con el objetivo de monitorear continuamente los desplazamientos superficiales y asentamientos diferenciales del dique de contención. Este sistema permite evaluar el comportamiento estructural del dique frente al empuje lateral generado por la masa de relave, contribuyendo al control de estabilidad y la gestión preventiva del riesgo geotécnico.

Se muestra la disposición del sistema GNSS implementado para el monitoreo geotécnico en una presa de relaves. Los nodos GNSS Rover 1, 2 y 3 fueron instalados sobre la coronación del dique con el propósito de registrar desplazamientos superficiales en tiempo real. A una distancia segura, fuera de la zona de deformación potencial, se ubicaron la estación GNSS base, la Gateway, el equipo de alerta temprana Risk Alert. En las Figuras 12 y 13, se presentan las gráficas de desplazamiento y asentamiento, procesadas mediante el módulo T4G.

En la Figura 12 se presenta el vector de desplazamiento bidimensional (2D), que permite descomponer el movimiento superficial en su componente horizontal asociada al empuje ejercido por la masa de relave y el desplazamiento transversal del dique. De manera complementaria, la Figura 13 muestra la evolución del asentamiento vertical acumulado durante el periodo de monitoreo. Los resultados registran un asentamiento máximo de 8 mm en cuatro meses de observación continua, obtenido mediante un sistema GNSS - IoT de alta precisión, evidenciando un comportamiento deformacional activo que amerita seguimiento geotécnico para distinguir entre un proceso de consolidación primaria esperada o el desarrollo de una deformación progresiva no deseada.

Cabe resaltar que los desplazamientos registrados se mantuvieron dentro del rango operativo aceptable, previamente definido en los umbrales de control establecidos por el equipo geotécnico de la operación minera. Por esta razón, no se activó el sistema de alerta temprana, ya que los valores observados se consideraron compatibles con el comportamiento esperado del dique bajo condiciones normales de operación.

Ventajas frente a GNSS tradicionales

Los sistemas GNSS tradicionales, utilizados principalmente en aplicaciones topográficas e ingeniería civil, están diseñados para realizar mediciones puntuales en campo y dependen de la intervención humana para operar, procesar datos y obtener resultados. Estos equipos requieren línea de vista directa entre base y rover, enlaces de radio dedicados y software adicional para post procesamiento, lo que limita su uso en monitoreo continuo y en zonas remotas.

En cambio, el sistema GNSS - IoT utilizado en este estudio está diseñado específicamente para el monitoreo geotécnico y estructural en tiempo real. Permite medir desplazamientos milimétricos de forma continua y remota, integrando tecnología IoT, procesamiento embebido, comunicación inalámbrica de largo alcance, autonomía energética y compatibilidad con sistemas de alerta temprana, lo que aumenta la confiabilidad operativa en minería y obras civiles.

Limitaciones

Aunque el sistema GNSS - IoT está diseñado para monitoreo geotécnico continuo con alta precisión, presenta ciertas limitaciones operativas que deben considerarse para una correcta implementación:

ν Requiere cielo abierto con un ángulo mínimo de visibilidad >30° para garantizar una adecuada captura de señales satelitales, igual que los GNSS tradicionales. En zonas con obstrucciones (taludes pronunciados, estructuras metálicas, vegetación densa o paredes rocosas), la calidad de los datos puede verse afectada.

ν No está orientado a trabajos topográficos convencionales como levantamientos de campo o replanteos. Su diseño está optimizado para monitoreo automatizado y continuo.

ν Desempeño sensible en zonas GNSS desafiantes, como túneles, minería subterránea.

ν Requiere estabilidad mecánica del montaje, ya que cualquier vibración o movimiento del soporte afecta directamente la calidad de los datos.

ν Depende de cobertura de red (LoRaWAN) para transmisión continua. En zonas remotas puede requerir infraestructura adicional.

ν Necesita planificación energética, ya que opera con batería recargable.

Conclusiones

1. Los sistemas GNSS - IoT autónomos representan una solución diseñada para ingenieros geotécnicos que requieren detección temprana de fallas en infraestructuras mineras superficiales. Su adopción permite:

ν Reducir incertidumbre en modelos de estabilidad.

ν Disminuir tiempos de respuesta ante eventos críticos.

ν Cumplir con normas internacionales y nacionales de monitoreo continuo de desplazamiento.

2. La implementación de sistemas GNSS RTK autónomos basados en IoT constituye una herramienta efectiva para el monitoreo geotécnico continuo en infraestructuras mineras superficiales. A diferencia de los GNSS tradicionales utilizados en topografía, esta tecnología está diseñada para operar de forma remota y permanente, integrándose a redes de telemetría de bajo consumo y plataformas analíticas que permiten transformar datos en criterios de decisión ingenieril.

3. Los resultados obtenidos en aplicaciones reales en Perú y Chile demuestran su capacidad para detectar desplazamientos milimétricos en tiempo real, proporcionando información confiable para la evaluación de la estabilidad física en presas de relaves, botaderos y pilas de lixiviación. Este desempeño fortalece los sistemas de gestión del riesgo y permite implementar alertas tempranas para reducir la probabilidad de falla súbita y consecuencias asociadas.

4. Si bien presenta limitaciones como la necesidad de cielo abierto >30° GNSS, su arquitectura modular, autonomía operativa y capacidad de integración con sistemas de alerta temprana lo posicionan como una solución complementaria a instrumentos geotécnicos convencionales, aportando continuidad espacial y cobertura sobre grandes extensiones superficiales.

5. En conclusión, los sistemas GNSS - IoT representan una evolución tecnológica que atiende los requerimientos actuales de monitoreo geotécnico en minería bajo normas internacionales como el GISTM, aportando criterios técnicos cuantificables para la toma de decisiones en seguridad operacional y continuidad productiva.

Bibliografía

Agência Brasil. 2019. Gov’t makes daily inspection on dams like Brumadinho’s mandatory. https://agenciabrasil.ebc.com.br/en/geral/noticia/20 19-02/govt-makes-daily-inspection-dams-brumadinhos-mandatory

Becolve Digital. (s.f.). ¿Qué es LoRaWAN y para qué sirve? https://becolve.com/blog/que-es-lorawan/

CBC News. 2018. Mount Polley mining fears persist despite new safety measures. https://www.cbc.ca/news/canada/british-columbia/mount-polley-mining-fears-1.4235913 F5. (s.f.). ¿Qué es MQTT?. https://www.f5.com/es_es/glossary/mqtt

IBM Corporation. (s.f.). ¿Qué es el Internet de las cosas (IoT)? https://www.ibm.com/mx-es/think/topics/internet-of-things

Instituto Nacional de Defensa Civil. (s.f.). Sistema de Alerta Sísmica Peruano (SASPe). https://www.gob.pe/institucion/indeci/campa%C3%B1as/4943-sistema-de-alerta-sismica-peruano-saspe

International Council on Mining and Metals, United Nations Environment Programme, & Principles for Responsible Investment. 2020. Global Industry Standard on Tailings Management. https://globaltailingsreview.org/wp-content/uploads/2020/08/global-industry-standard-on-tailings-management.pdf

Ministerio de Energía de Chile. 2021. Decreto Supremo N° 038-2021-EM: Norma de Relave. https://www.bcn.cl/leychile/navegar?idNorma=116 5057

Ministerio de Energía y Minas del Perú. 2023. Decreto Supremo N° 034-2023-EM: Modifican diversos artículos e incorporan un capítulo, artículos y anexos al Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería. https://www.gob.pe/institucion/minem/normas-legales/4990975-034-2023-em

Sitrack. (s.f.). Telemetría y sus aplicaciones. https://landing.sitrack.com/telemetria-y-sus-aplicaciones

Worldsensing. (s.f.). 4G Rugged Gateway. https://www.worldsensing.com/es/product/4g-rugged-gateway/

Worldsensing. (s.f.). GNSS Meter. https://www.worldsensing.com/es/product/gnss-meter/

Worldsensing. (s.f.). Monitoreo de presas de relaves. https://www.worldsensing.com/es/knowledge-center/resource/monitoreo-de-presas-de-relaves-2/