El objetivo de esta Tesis Doctoral es construir diseños óptimos para estimación de parámetros y discriminación entre dos modelos de efectos mixtos no lineales anidados, con diferentes matrices de covarianza intra-individuos. Para resolver este problema se construye un criterio de diseño que combina un criterio para estimación con un criterio para discriminación. Se establece y se demuestra el respectivo teorema de equivalencia. Para el problema de discriminación entre modelos se propone una extensión del criterio de T-optimalidad y se establece el respectivo teorema de equivalencia. Aunque en la literatura existen varias propuestas de métodos para discriminación, la metodología propuesta en esta tesis permite discriminar entre modelos anidados, grupos de individuos con diferentes diseños experimentales y verificación de la optimalidad de un diseño. Por medio de ejemplos se ilustran las metodologías propuestas.