結論から言うと、できました。
NSMutableArrayに登録するとretainメッセージとか送信されたりして変なこと起きるんぢゃないかと思っていたのも杞憂だったようで。
実際に試してみたコードは以下の通り：

#import <Cocoa/Cocoa.h>

int main() {
    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

    NSMutableArray *mutableArray = [NSMutableArray array];
    int cArray[5][3] =
        {
            { 0,  1,  2},
            { 3,  4,  5},
            { 6,  7,  8},
            { 9, 10, 11},
            {12, 13, 14}
        };
    int ii;

    for (ii = 0;ii < 5;ii++) {
        [mutableArray addObject:(id)cArray[ii]];
    }

    for (ii = 0;ii < 5;ii++) {
        int *cArrayInLoop = (int *)[mutableArray objectAtIndex:ii];
        printf("%d, %d, %d\n", cArrayInLoop[0], cArrayInLoop[1], cArrayInLoop[2]);
    }

    [pool release];

    return 0;
}

コンパイルはターミナルからgcc test.m -o test -framework Cocoaでいけます。
なんでもいけるなー、NSMutableArray。
retainメッセージとかどうなってんのかなー。
そこら辺が気になる人は念のために、

NSMutableArray *mutableArray =
    [(NSMutableArray *)CFArrayCreateMutable(kCFAllocatorDefault, 0, NULL) autorelease];

としてNSMutableArrayをCoreFoundationからコールバックをNULLにして作成すると完璧かもしれません。